染色体DNAの二方向複製のしくみ

染色体DNAでは複製起点から左右の二方向に複製反応が進みます。これは生物学の基本原理であり、高校理科の生物でも学習します。実際、高校生物の教科書では、複製反応を先導するヘリカーゼが複製起点に二分子結合すること、そして、それらがそれぞれ反対方向（左右の二方向）に進むことによって二方向複製に至る、と記載されています。ヘリカーゼは一本鎖DNAに結合して進行しながら、先方の二重鎖DNAを巻き戻し、一本鎖DNA化してゆく酵素です。生じた一本鎖DNAに複製装置が結合してDNA複製を進めます。しかし、複製起点において、二分子のヘリカーゼがほぼ同時にそれぞれの方向に進むメカニズムは理解されていませんでした。

今回の研究成果では、複製起点において、二分子のヘリカーゼが相互依存的な分子機構によって協調することが解明されました。これによって、二分子のヘリカーゼがほぼ同時にそれぞれ左右の二方向に進むようになるのです。

九州大学大学院薬学研究院分子生物薬学分野の片山　勉教授、尾﨑省吾准教授、加生和寿助教、同大学院薬学府の鶴田　匠（博士課程３年生）らの研究グループは、大腸菌の複製起点においてDnaAタンパク質とDNA屈曲因子IHFにより形成される開始複合体とDnaBヘリカーゼとの相互作用や分子動態を複製開始プロセスの各段階ごとに詳細に解析しました。開始複合体は複製起点のDNAを局所的に一本鎖化し、二分子のDnaBヘリカーゼを結合します（図１[1]）。そして、二分子のヘリカーゼの一本鎖への結合は順次個々に起こる一方（図１[2]-[3]）、その進行は相互依存的な共役によって起こることがわかりました（図１[3]-[4]-[5]）。つまり、１個めのDnaBヘリカーゼの進行は２個めのDnaBヘリカーゼの一本鎖DNA結合によって起こり（図１[3]）、２個めのDnaBヘリカーゼの進行は１個めのDnaBヘリカーゼの進行とSSB (一本鎖結合タンパク質)の結合によって起こります（図１[4]-[5]）。

このように二方向性複製という自然法則のしくみが合理的に理解できるようになりました。細胞増殖の制御機構や制御薬剤の研究に大きく貢献することも期待されます。

本研究成果は国際的な学術ジャーナル「Nucleic Acids Research」に2026年1月21日（水）午前9時1分（日本時間）に掲載されました。