東京工業大学は、DNA相同組換えの中心的な反応とされる「DNA鎖交換反応」をつかさどるDNA-Rad51タンパク質複合体形制御の仕組みを明らかにしたと発表した。

同成果は、同大科学技術創成研究院の岩﨑博史 教授、伊藤健太郎 研究員、黒川裕美子 研究員と、国立台湾大学の李弘文 教授、台湾国立中央研究院の冀宏源 准教授らの国際研究チームによるもの。詳細は、「米国アカデミー紀要(PNAS)」に掲載された。

相同組換えは、傷ついたDNAの修復や遺伝的多様性を生み出す場合に大きな役割を果たす。この中心的な反応が「DNA鎖交換反応」と呼ばれ、Rad51タンパク質によって触媒される。この反応は、Rad51が1本鎖DNAと結合してフィラメント状の複合体を形成し、二重鎖DNAを捕捉して似た配列とDNA鎖を交換して組換えを進行させるもの。同研究では、反応開始の重要な過程とされる、Rad51と1本鎖DNAの複合体形成における分子機構の解明を行った。

研究では、Rad51が1本鎖のDNAと結合するとDNAを伸長させるという性質を利用して実験系を構築し、1本鎖DNA上にRad51フィラメントが結合・解離する様子を一分子単位でリアルタイムで観察を行ったという。構築された実験系は、DNAの末端に微小なスチレンビーズを付加してビーズのブラウン運動を観察し、DNAの伸長を検出する実験系、DNA鎖を蛍光でラベルし、蛍光共鳴エネルギー移動の原理を利用してDNAの伸長を検出する実験系の2種類とのことだ。

  • Rad51の1本鎖DNAフィラメント形成モデルとSwi5-Sfr1タンパク質によるフィラメントの安定化

    Rad51の1本鎖DNAフィラメント形成モデルとSwi5-Sfr1タンパク質によるフィラメントの安定化(出所:東京工業大学)

構築した実験系において様々な条件での解析を行ったところ、まず2～3分子のRad51が1本鎖DNA上に小さなフィラメント核を形成し、その核の末端にさらにRad51が結合してフィラメントが伸長していくことが確認された。

また、複合体形成の促進因子であるSwi5-Sfr1タンパク質が、Rad51の1本鎖DNAからの解離を抑制しており、これがフィラメントの安定につながっていることが明らかとなった。

研究チームでは、Rad51と1本鎖DNAのフィラメント形成を制御する因子はSwi5-Sfr1以外にも存在するとした上で、今後はこれらの因子による制御に関しても、具体的な議論が可能になったとしている。また、Swi5-Sfr1以外のタンパク質を用いた解析が可能となれば、がんの抑制に関わる相同組換え因子の解明も期待できるという。