Generation and control of non-B form DNA in the nucleus: a genome-wide approach

细胞核中非 B 型 DNA 的生成和控制：全基因组方法

基本信息

批准号：
21K06012
负责人：
須谷尚史
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06012/
关键词：
DNA 非B型DNA ゲノムゲノム不安定性 Smc5/6複合体

项目摘要

本研究は、ゲノム上に存在する正常な形状ではないDNAである「非B型DNA」に注目し、その解析を行っている。非B型DNAは、ゲノムの不安定性を引き起こす要因と考えられている。本研究課題では、非B型DNAの種類、存在する場所、生成のメカニズム、細胞がどのようにゲノム不安定性に対応しているかなど、諸点を明らかにすることを目的としている。これまでに、ゲノム維持機構に必須な因子である「Smc5/6複合体」を端緒とし、数理モデルを構築することにより、出芽酵母ゲノムにおいてSmc5/6の結合を誘起する要因を同定した。この要因は、転写に起因するDNAの正の超らせんの蓄積がSmc5/6結合と関係することを示唆していた。今年度は、この推測を実験的に検証した。具体的には、強発現の遺伝子をゲノム上に挿入したり、DNAトポイソメラーゼを不活化する実験によって、転写によって蓄積するDNA超らせんがSmc5/6の結合を誘導することを確かめた（以上、スウェーデン・カロリンスカ研究所のBjorkegren教授らとの共同研究）。正の超らせんによってゲノム不安定性の原因となる何らかの異常なDNA構造が生じ、Smc5/6はこれを認識しているものと考えている。一方で、予備的研究から、Smc5/6結合を誘起する具体的な要件は生物種によって異なる可能性が示唆された。異常なDNAが生成される条件は一つではなく、複数存在しているのかもしれない。今年度は、分裂酵母において高品質なChIP-seq結合プロファイルを取得した。Smc5/6の分裂酵母における結合箇所の密度は出芽酵母におけるそれよりも大きいことが見出された。現在、分裂酵母における結合箇所の規定要因を特定するための情報学的解析を進めている。

本研究重点分析“非B型DNA”，即存在于基因组中且形状异常的DNA。非B型DNA被认为是导致基因组不稳定的一个因素。该研究项目的目的是澄清各个方面，例如非 B DNA 的类型、它们存在的位置、其产生机制以及细胞如何应对基因组不稳定。到目前为止，我们已经通过构建数学模型，从基因组维持机制的重要因素“Smc5/6复合物”开始，确定了在酿酒酵母基因组中诱导Smc5/6结合的因素。该因素表明转录引起的DNA阳性超螺旋的积累与Smc5/6结合有关。今年，我们通过实验验证了这个假设。具体而言，通过将强表达基因插入基因组并使DNA拓扑异构酶失活的实验，确认了通过转录积累的DNA超螺旋诱导Smc5/6结合。·与卡罗林斯卡学院的Bjorkegren教授等人的合作研究）。我们相信正超螺旋会产生一些异常的 DNA 结构，导致基因组不稳定，Smc5/6 也认识到这一点。另一方面，初步研究表明，诱导Smc5/6结合的具体要求可能因物种而异。产生异常 DNA 的条件可能不止一种。今年，我们在裂殖酵母中获得了高质量的 ChIP-seq 结合谱。发现裂殖酵母中的 Smc5/6 结合位点密度大于芽殖酵母中的结合位点密度。我们目前正在进行信息学分析，以确定决定裂殖酵母中结合位点的因素。