遺伝性疾患の原因遺伝子がDNA複製を制御する新たなメカニズムの発見~抗がん剤開発のための生体内標的として期待~

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2025-04-23 東京科学大学

東京科学大学などの研究チームは、DNA修復酵素PNKPがDNA複製中にも機能し、岡崎フラグメント間のギャップを埋める役割を果たしていることを発見した。PNKPはCDKによりリン酸化され、DNA複製中間体に集積する。PNKPは重篤な遺伝性神経疾患の原因遺伝子でもあり、今回の成果はその病態解明に加え、抗がん剤開発において有望な標的となる可能性を示している。研究結果は『eLife』誌に掲載。

遺伝性疾患の原因遺伝子がDNA複製を制御する新たなメカニズムの発見~抗がん剤開発のための生体内標的として期待~図1. PNKPはDNA修復に重要な酵素であり、DNA末端を直接、リン酸化あるいは脱リン酸化することによりDNA修復を円滑に進行させる機能を持つ。

<関連情報>

CDKを介したPNKPのリン酸化は、岡崎フラグメント上の一本鎖DNAギャップの終末処理とゲノムの安定性に必要である CDK-mediated phosphorylation of PNKP is required for end-processing of single-strand DNA gaps on Okazaki fragments and genome stability

Kaima Tsukada ,Rikiya Imamura,Tomoko Miyake,Kotaro Saikawa,Mizuki Saito,Naoya Kase,Lingyan Fu,Masamichi Ishiai,Yoshihisa Matsumoto,Mikio Shimada
eLife  Published:Mar 27, 2025
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.99217

Abstract

Polynucleotide kinase phosphatase (PNKP) has enzymatic activities as 3′-phosphatase and 5′-kinase of DNA ends to promote DNA ligation and repair. Here, we show that cyclin-dependent kinases (CDKs) regulate the phosphorylation of threonine 118 (T118) in PNKP. This phosphorylation allows recruitment to the gapped DNA structure found in single-strand DNA (ssDNA) nicks and/or gaps between Okazaki fragments (OFs) during DNA replication. T118A (alanine)-substituted PNKP-expressing cells exhibited an accumulation of ssDNA gaps in S phase and accelerated replication fork progression. Furthermore, PNKP is involved in poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1)-dependent replication gap filling as part of a backup pathway in the absence of OFs ligation. Altogether, our data suggest that CDK-mediated PNKP phosphorylation at T118 is important for its recruitment to ssDNA gaps to proceed with OFs ligation and its backup repairs via the gap-filling pathway to maintain genome stability.

細胞遺伝子工学
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