Molecular Mechanism of homologous recombination-mediated DNA double strand break repair

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Chromosome Orchestration System
• Project/Area Number: 15H05974
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Iwasaki Hiroshi 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60232659)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Keywords: DNA二重鎖切断修復 / 相同組換え / Rad51 / 試験管内再構成系 / DNA鎖交換反応 / ATP / リアルタイム解析 / Mre11

Outline of Final Research Achievements

We aimed to elucidate the molecular principle of homologous recombination-mediated DNA double-strand break repair in vitro. In the early stage of homologous recombination, the DNA double-strand break end is processed by Mre11 nuclease to produce 3' protruded ssDNA, which becomes a substrate of Rad51 protein. The Rad51 protein binds to the single-stranded DNA. The resultant presynaptic filament initiates the homology search and catalyzes strand exchange with the double-stranded DNA serving as the donor. These reactions were analyzed using an in vitro reconstitution system consisting of highly purified protein. We have elucidated that the molecular mechanisms by which the Ctp1 protein activates Mre11 and by which Rad51 promotes the DNA strand exchange reaction in three steps.

Free Research Field

分子生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

今回明らかにしたCtp1によるMre11エンドヌクレアーゼの活性化機構やRad51のDNA鎖交換反応は、関与するアミノ酸残基が真核生物において高度に保存されていることから、真核生物における相同組換え分子機構の普遍的な共通機序であると考えられ、その学術的意義は極めて大きい。相同組換えに関与する多くのタンパク質は、がん抑制タンパク質として知られており、今回の知見はがん発生機構の解明に寄与することが予想され、医学的にも期待される。さらに、本研究期間で開発したFRETを利用したリアルタイム解析系は他の多くのダイナミズム解析に応用利用できる可能性があり、その高い波及効果が期待される。