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研究成果

公開日:2016.11.29

染色体DNAの複製開始複合体の精密構造が初めて見えるように
-遺伝情報の継承を担う複合体の分子機構の解明-

研究成果 医歯薬学

 遺伝情報の継承のためには、遺伝子の実体となる染色体DNAの複製が必要です。染色体DNAの複製は、複製起点と呼ばれるDNA領域での開始反応から始まります。開始反応では、通常2重鎖であるDNAを開いて2つの1本鎖にします。そのようなDNAの開裂を起こすため、複製起点には多数のタンパク質が結合して、複雑で動的な構造体が造られます。これが複製開始複合体です。しかし、これまでその構造や働きをはっきり見ることができませんでした。
 今回、高田彰二 京都大学大学院理学研究科教授、清水将裕 同大学院生、片山勉 九州大学大学院薬学研究院教授らの研究グループは、その壁を打ち破るため複製開始複合体の構造をコンピューターシミュレーションする研究(京都大学グループ)と生化学的に実験解析する研究(九州大学グループ)と連携して進めました。対象としたのは、分子生物学のモデル生物となっている大腸菌の複製開始複合体です。新たに開発した計算手法を用いて、13個のタンパク質が規則的に集合して造られる、複製開始複合体をコンピューター内で構築することに初めて成功しました。また、この複合体構造は生化学実験の結果とよく整合していることも確かめられました。これにより、この複合体の精密な構造や働きまで見えるようになり、DNAの構造が変換するメカニズムを合理的に説明できるようになりました。
 この成果は遺伝情報の継承のメカニズムを理解するために欠かせないものです。また抗菌剤や抗がん剤の開発研究にも繋がるものです。さらに生命活動に重要な多くの複合体の構造解明のために活用できる、新たな手法を切り拓いたものです。本成果は、近日中に米国科学アカデミー紀要に掲載されます。

大腸菌DNAの複製開始複合体の構造。複製起点のDNA領域(灰色)に13個のタンパク質(青+水色、緑+黄緑、黒)が結合して、らせん型の複合体が作られる。1部のDNA領域が開裂する(赤)。「青+水色」は1個のタンパク質。「緑+黄緑」についても同じ。

複製開始起点の2重鎖DNAの開裂過程モデル 1) 複製開始起点にDnaAタンパク質が集積しDNAを変形する(左上) 2) 2重鎖DNAの開裂を左側のDnaA 5量体が助ける(右上)。3) ヘリカーゼ(ピンク)が一方の一本鎖DNAに搭載され、開裂部分を広げる(左下)。4) もう一方の一本鎖DNAにもヘリカーゼが搭載され、複製開始の準備が整う(右下)。

研究に関するお問い合わせ先

薬学研究院 教授 片山 勉
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