複製ストレス下で機能する組換えDNA複製の制御機構の解明

阐明在复制应激下发挥作用的重组DNA复制的控制机制

基本信息

批准号：
21K15021
负责人：
斎藤裕一朗
金额：
$ 2.33万
依托单位：
National Institute of Genetics
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

DNA複製は、MCM2-7ヘリカーゼ、DNAポリメラーゼ、および制御因子等が複製開始点に呼び込まれることで開始する。ゲノムの安定な継承には、ゲノム全体が正確に複製される必要があるが、DNA複製は、ゲノム上に存在する様々な障害（DNA鎖架橋や転写装置との衝突など）の影響を受けて停止する。細胞は、停止した複製フォークの再開、開始点以外からの複製開始により、障害を乗り越えてゲノムを保持している（これらを非典型複製と呼ぶ）。非典型複製経路の制御異常は、ゲノム恒常性の破綻を引き起こし、細胞がん化の要因となるため、非典型複製経路の制御メカニズムを解明することは、細胞がん化を理解する上で重要である。これまでに、オリジナルのAID法の改良（AID2法）に成功し、その方法論をまとめて論文を報告した。また、MCMタンパク質の一つであるMCMBPの機能解析を行なった。MCMBPを欠損するとMCM2-7ヘリカーゼの六量体形成が阻害され、複製障害が生じることを明らかにした。つまり、MCM2-7六量体の量が減少すると、DNA複製が阻害されることが示された。さらにAID2法によりMCM2タンパク質を分解し、MCM2-7六量体を除去することで、非典型複製だけが機能する状況を人為的に作り出し、その機能を解析した。その結果、通常の複製とは全く異なる性質のDNA複製がゲノム全体で生じることを見出した。また、この複製においてMCM8-9ヘリカーゼ、PIF1ヘリカーゼが独立に機能することを明らかにした。興味深いことに、MCM8-9ヘリカーゼが機能しない場合においてのみ、PIF1ヘリカーゼによる複製が活性化し、ゲノム不安定化が引き起こされた。MCM8-9とPIF1の関係性は大腸癌患者のゲノム不安定性を説明し得ることから、非典型複製は細胞がん化を引き起こす重要なメカニズムの一つである可能性が示された。

当MCM2-7解旋酶，DNA聚合酶，调节剂等在复制的起源时，DNA复制开始。基因组的稳定遗传需要准确地复制整个基因组，但是由于存在各种疾病在基因组上的影响（例如DNA链桥以及与传统设备的碰撞），DNA复制被停止。细胞通过重新启动停止的复制叉并从原点外启动复制（这些被称为非典型复制），从而保留障碍物并保留其基因组。由于非典型复制途径的异常调节会导致基因组稳态分解并导致细胞致癌作用，因此了解控制细胞致癌作用时控制非典型复制途径的机制很重要。到目前为止，我们已经成功改善了原始AID方法（AID2方法），并报告了有关该方法的论文。此外，进行了MCMBP的功能分析，这是MCM蛋白之一。发现MCMBP的缺乏抑制了MCM2-7解旋酶的己酰胺形成，从而导致复制障碍。换句话说，这表明MCM2-7六聚体的量减少会抑制DNA复制。此外，通过使用AID2方法降解MCM2蛋白并删除MCM2-7六聚体，我们人为地创建了一个只有非典型复制功能及其功能的情况。结果，我们发现在整个基因组中发生具有完全不同性质的DNA复制。还揭示了MCM8-9解旋酶和PIF1解旋酶在此复制中独立起作用。有趣的是，只有当MCM8-9解旋酶不起作用时，PIF1解旋酶才能激活，从而导致基因组破坏。 MCM8-9和PIF1之间的关系可以解释结肠癌患者的基因组不稳定性，表明非典型复制可能是导致细胞致癌作用的重要机制之一。