大腸菌の染色体複製開始時における二重鎖開裂部位の再定義と新規関連因子の解析

重新定义大肠杆菌染色体复制起始处的双链切割位点并分析新的相关因素

基本信息

批准号：
20K15717
负责人：
永田麻梨子
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

染色体DNA複製反応は、複製起点において二重鎖DNAを部分的に開裂して２つの一本鎖にすることから開始する。このため複製起点には多数のタンパク質が結合し動的な開始複合体を形成する。さらに複製起点で生じた一本鎖DNA には２分子の複製ヘリカーゼがそれぞれ反対方向に装着され、両方向複製の基盤となる構造を形成する。この原則は細胞性生物で共通だと考えられるが、比較的研究が進んでいる大腸菌においてすら、複製ヘリカーゼ装着の分子機構についてはいまだに大部分が不明である。大腸菌の染色体複製起点oriCは、複製開始タンパク質DnaAの結合配列(DnaA box)のクラスター領域(DOR)と、ATリッチな二重鎖開裂領域(DUE)とで構成される。さらに、DUEの外側にもATリッチ領域が存在している。DORはDnaA boxの配置に依存して左、右、中央の３領域に分かれる。左右それぞれのDOR領域ではDnaAが五量体となるサブ複合体が形成される。左DOR・DnaAサブ複合体はDNA屈曲因子IHFによるDNA屈曲と協調してDUEを部分的に開裂し、生じた一本鎖DNAと結合する。その後、ヘリカーゼローダーDnaCと複合体を形成した複製ヘリカーゼDnaBは、DnaA複合体との相互作用を介して一本鎖DNAに装着する。DnaBヘリカーゼ装着過程においては、DUE領域のみならず、隣接するATリッチ領域まで一本鎖化領域が拡張することも報告されている。しかしながら、その分子機構や意義については解明されていない。今回、右DOR・DnaAサブ複合体の特異的な機能を詳細に解析した。その結果、DnaBヘリカーゼ装着過程におけるoriC DNAの一本鎖化領域の拡張は、右DOR・DnaAサブ複合体に大きく依存していることが新たにわかった。この分子機構について解析結果を示し、生物種での共通性も含めその意義を考察してきた。

染色体 DNA 复制反应始于双链 DNA 在复制起点部分裂解成两条单链。因此，许多蛋白质与复制起点结合并形成动态起始复合物。此外，两个复制解旋酶分子以相反的方向附着在复制起点产生的单链DNA上，形成作为双向复制基础的结构。这一原理被认为是所有细胞生物体所共有的，但即使在研究相对先进的大肠杆菌中，复制解旋酶附着的分子机制仍然很大程度上未知。大肠杆菌的染色体复制起点oriC由复制起始蛋白DnaA的结合序列（DnaA盒）的簇区（DOR）和富含AT的双链切割区（DUE）组成。此外，AT 丰富的区域也存在于 DUE 之外。 DOR 根据 DnaA 盒的排列分为左、右、中三个区域。在左右 DOR 区域中，形成 DnaA 形成五聚体的子复合物。左侧的 DOR/DnaA 子复合物与 DNA 弯曲因子 IHF 的 DNA 弯曲配合，部分裂解 DUE，并与所得的单链 DNA 结合。复制解旋酶 DnaB 与解旋酶装载机 DnaC 形成复合物，然后通过与 DnaA 复合物相互作用附着到单链 DNA 上。也有报道称，在DnaB解旋酶附着过程中，单链区域不仅延伸至DUE区域，还延伸至邻近的富含AT区域。然而，其分子机制和意义尚未阐明。在这里，我们详细分析了右侧DOR/DnaA子复合体的具体功能。结果，我们新发现，在 DnaB 解旋酶附着过程中 oriC DNA 单链区域的扩展高度依赖于正确的 DOR/DnaA 亚复合物。我们提出了有关该分子机制的分析结果，并讨论了其意义，包括其在生物物种之间的共性。