学際グループ(核機能学)

Laboratory of Interdisciplinary Biology

准教授
久保田 弓子 (Yumiko KUBOTA)
mail ykubota@bio.sci.osaka-u.ac.jp
研究分野

学際

所属

理学研究科

ロケーション

豊中地区

研究内容

生命を特徴づける自己複製システムの基本は、細胞の設計図である遺伝情報を正確に複製して(つくる)、娘細胞に分配する(つたえる)ことです。これらの働きを監視する(まもる)機構が破綻すると異常な遺伝情報が蓄積され、細胞死や細胞老化、また細胞のガン化が引き起こされます。真核細胞の遺伝情報は、細胞核内の蛋白質と核酸からなる超分子複合体―クロマチン-によって担われており、この高次な構造を「つくり・つたえ・まもる」機構の全容は未だ明らかにされていません。この研究グループでは、主にXenopus卵無細胞系と動物培養細胞を用いて多細胞動物の染色体を「つくり・つたえ・まもる」システムを解析することで、(1)細胞の増殖や老化、さらに発生や進化も含めた細胞運命に関わる染色体複製の仕組みを明らかにする事、(2)染色体複製機能の試験管内再構成と、その一分子観察から真の分子生物学を確立する事を目的として研究を進めています。

染色体複製開始と複製フォーク進行の制御システムの解析

 複製ライセンス化、すなわち1回の細胞周期で1度だけ染色体DNAが複製される事を保証する機構の実体は、M期の終わりからG1期にかけて染色体上の複製開始点にpre-RC(pre-replication complex)と呼ばれる複合体が形成される事です。pre-RCの形成には、酵母からヒトまで保存されている4種類の因子(ORC, Cdc6, Cdt1, MCM)が必要です。S期は、2種類のリン酸化酵素(CDKとDDK)によりpre-RCの主な構成因子であるMCMが2本鎖DNAを巻き戻す活性な複製ヘリカーゼに転換されることにより始まります。さらに複製開始により形成される複製フォーク上には、複製複合体であるレプリソームとその機能を調節する因子から成る、巨大複合体RPC(replisome progression complex)が形成されます。私たちは、複製開始や複製フォーク進行で働くと考えられている多数の因子について、試験管内再構成系を用いることやDNA combing法を用いた複製フォークの一分子観察(図1)により、その機能を明らかにする事を目指しています。

細胞運命に関わる染色体複製

 染色体複製とその制御に関わる因子は、細胞のガン化・老化のみならず、発生そして進化にも関わると考えられる様になってきました。たとえば、出芽酵母では、これら因子の変異によって遺伝情報の進化に関わると考えられているレトロトランスポゾンの転移が高頻度で起る事が報告されています。また、両性類の発生過程で染色体複製は、多数の複製開始点からほぼ同時に開始する初期胚型から、S期の間に特定の開始点から順次開始する体細胞型への変換が起ります。これらの過程に同調して、複製因子やクロマチン因子が初期胚型から体細胞型へと転換されますが、複製パターンの変化にどのように関わっているのか不明なままです。私たちは複製因子に着目して、これらの現象の分子レベルでの仕組みを明らかにしたいと考えています。

一分子の分子生物学

 これまでの分子生物学は分子レベルでの生きる仕組みを明らかにしてきました。その結果、教科書の模式図には、多数の分子が働く様子が描かれています。しかし、これは想像の産物でしかありません。染色体複製は、分子生物学のセントラルドグマの中心となるダイナミックな過程で、これに関わる因子はほぼ明確にされています。しかし、それらの分子がどのように働いているのか、その実体は全く不明です。そこで、この過程を試験管内で特定のDNA配列上に再構築する系を作り(図2)、ダイナミックな分子の振る舞いを原子間力顕微鏡等の手法をもちいて明らかにすることで、言葉通りのリアル分子生物学を確立する事を目指しています。

図0 DNA combing法による一組の複製フォーク

図1 特定のDNA配列上にpre-RCを形成させる

参考文献

Ode K. L., Fujimoto K, Kubota Y., and Takisawa H. Inter-origin cooperativity of geminin action establishes an all-or-none switch for replication origin licensing Genes Cells 16 , 380 - 396 (2011)

Tanaka H., Kubota Y., Tsujimura T., Kumano M., Masai H. and Takisawa H. Replisome progression complex links DNA replication to sister chromatid cohesion in Xenopus egg extracts. Genes Cells 14 , 949 - 963 (2009)

大出晃士、滝澤温彦 アフリカツメガエル卵抽出液におけるpreRC形成 蛋白質核酸酵素 54(4) , 334 - 342 (2009)

鐘巻将人、久保田弓子、滝澤温彦 複製フォーク形成複合体の染色体サイクルにおける働き 細胞工学 27(10) , 992 - 997 (2008)

連絡先

〒560-0043
大阪府豊中市待兼山町1-1
大阪大学大学院 理学研究科

TEL:06-6850-6762/5554 FAX:06-6850-6762/5554

http://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/%7Etakisawa/index.html

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