ゲノムー染色体機能学研究室

Laboratory of Genome-Chromosome Functions

教授
篠原 彰  (Akira SHINOHARA)
mail ashino @ protein.osaka-u.ac.jp
准教授
古郡 麻子 (Asako Furukohri)
mail a.furukohri@protein.osaka-u.ac.jp
助教
伊藤 将 (Masaru Ito)
mail msrito2@protein.osaka-u.ac.jp
助教
藤田 侑里香 (Yurika Fujita)
mail y-fujita@protein.osaka-u.ac.jp
研究分野

分子細胞生物学

所属

蛋白質研究所

ロケーション

吹田地区

研究内容

 DNA鎖の交換反応である相同組換えはゲノム構造の安定化や多様性の産生に大切な役割を果たしています。体細胞分裂期にはDNAの傷の修復に、減数分裂期には染色体の分配に必須の役割を果たします。当研究室では体細胞、減数分裂期の組換え反応の分子メカニズムを解明するために、酵母細胞やヒト培養細胞を用いて,この過程に働く遺伝子、蛋白質の機能を分子生物学的、遺伝的、細胞生物学的、生化学的手法などあらゆる方法論を用いて解析しています。

真核生物の相同組換えに関わる蛋白質の解析

 体細胞分裂期では相同組換えはDNA障害の修復に重要な役割を果たします。組換えはDNAの2重鎖切断で開始し、そのDNA2本鎖末端が削られて生じる1本鎖DNAを利用して、相同な2本鎖DNAを探してきます(図1A)。この反応は大腸菌ではRecA、真核生物ではそのホモログのRad51が単鎖DNA上に作る右巻の螺旋構造体で行なわれると考えられていますが(図1B)、その詳細については不明です。真核生物ではRad51フィラメントの形成は厳密に制御されていて、さまざまな因子が必要なことが分かっています。例えば、最近同定された家族性乳癌の原因遺伝子Brca2もRad51フィラメント形成を助ける補助因子です。我々はRad51のフィラメント形成とその機能を分子レベルで解明することを目指しています。

減数分裂期の組換えの分子機構と制御

 配偶子形成に必要な減数分裂ではDNA複製の後、核分裂が2回連続して起こり、第1分裂期では相同染色体が分配されます。分配を促進するため、相同染色体の間に物理的な結合を生み出すのが、相同組換えです。減数分裂期の相同組換えは体細胞分裂期の組換えと異なり、交叉型組換えが最終産物として生じるように制御されています。中でも相同鎖検索、交換反応には体細胞分裂期の組換えに必要なRad51に加えて、減数分裂期特異的なRecAホモログ(Rad51ホモログでもある)Dmc1が協調的に働くことが分かっています(図2)。我々はこの2つのRecAホモログの機能的な協調作用を明らかにすることが減数分裂期の組換えの特異性を明らかにする上で重要と考え、この過程に関わる様々な因子の解析を行なうことで、減数分裂期の相同鎖検索反応の分子メカニズムを明らかにすることを目指しています。

高等真核生物での組換えの解析

 最近ではゲノムの不安定化による細胞の癌化と組換えが注目されていいます。高等真核生物の組換えの分子メカニズムを解明するために、ヒト細胞での組換えを解析する系を立ち上げています。特に、相同組換えと平行して、DNA2重鎖切断の修復(図4)に関わる非相同切断結合反応の働きと、2つの修復経路の選択の解析を行っています。

染色体構造体と組換えの関係

減数分裂期には染色体の構造と配置が劇的に変化します。シナプトネマ複合体は、教科書にも出ている有名な構造体(図3)ですが,この構造体の機能は未だ不明です。また、染色体の再配置も起こり,代表的なテロメアが集合するブーケ構造形成が知られています。それらの機能を解析しています。

図0 (A)相同組換えの反応経路の中で相同鎖検索反応におけるモデル。 (B, C)組換えに関わる蛋白質Rad51(B)とRad52(C)の電子顕微鏡写真

図1 野生株(上段)、mei5変異株(下段)におけるRad51(赤)、Dmc1(緑)の局在 野生株ではRad51, Dmc1が共局在するが、mei5変異株ではDmc1の染色多結合が極端に低下している。

図2 シナプトネマ複合体、シナプトネマ複合体の構成要素Zip1(Green)とZip3(red)の蛍光顕微鏡像。減数分裂期特異的な構造体であるが,まだその機能は不明である。

図3 マウス精巣の染色体ーシナプトネマ複合体の構造(赤)と組換え複合体(緑)

参考文献

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Challa K. et al. Rad61/Wpl1 (Wapl), a cohesin regulator, controls chromosome compaction during meiosis. Nucleic Acids Research 44 , 3190 - 3203 (2016)

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Shinohara A. and Ogawa T. Stimulation of Rad51-mediated recombination by Rad52 in S. cerevisiae. Nature 391 , 404 - 407 (1998)

Shinohara A. et al. Rad51 protein involved in recombination and repair in S. cerevisiae is a RecA-like protein. Cell 69 , 457 - 470 (1992)

連絡先

〒567-0871
大阪府吹田市山田丘 3-2
大阪大学 蛋白質研究所

TEL:06-6879-8624 FAX:06-6879-8626

http://www.protein.osaka-u.ac.jp/genome/

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