「がん遺伝子」として働くのか? 組換え酵素Rad52が染色体異常を引き起こすことを発見

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がん等の遺伝性疾患の治療薬開発に期待

2020-05-01 国⽴遺伝学研究所

【研究成果のポイント】
♦ Rad52※1が反復配列※2を介した染⾊体異常※3を引き起こすことを発⾒
♦ 染⾊体異常は発ガンの⼤きな要因であるが、その分⼦メカニズムは解明されていなかった。
♦ Rad52 は多機能であるが、DNA アニーリング活性※4が特異的に低下した Rad52-R45K を作成することで、染⾊体異常への関与が明らかに
♦ 染⾊体異常により誘発されるガンなどの遺伝性疾患の治療薬の開発に期待

概要
⼤阪⼤学⼤学院理学研究科の中川拓郎准教授らの研究グループは、東京⼯業⼤学科学技術創成研究院の岩崎博史教授、情報・システム研究機構国⽴遺伝学研究所の仁⽊宏典教授、明星⼤学理⼯学部の⾹川亘教授との共同研究により、組換え酵素 Rad52 が反復配列を介した染⾊体異常を引き起こすことを明らかにしました。
これまで、ヒトなどでは相同組換え因⼦ BRCA2※5 や Rad51※6が正常に機能しないと、染⾊体異常が起こり、細胞がガン化することが知られていた(図1)。また、本研究で使⽤する分裂酵⺟※7 においても、 Rad51 遺伝⼦を破壊すると反復配列を「のりしろ」にした染⾊体異常が⾼頻度に起ることが知られていた。しかし、実際に、染⾊体異常が起きる分⼦メカニズムについては解明されていませんでした。
今回、中川拓郎准教授らの研究グループは、DNA アニーリング活性が低下した変異型酵素(図2)を⽤いることで、組換え酵素 Rad52 が染⾊体異常を引き起こすことを明らかにしました(図1)。染⾊体異常の誘導因⼦を同定したことで、今後、BRCA2 などの遺伝⼦変異により⽣じる遺伝性乳がん卵巣がん症候群(HBOC)※8の治療薬の開発がより⼀層進むことが期待されます。
本研究成果は、Springer Nature 社のオープンアクセス・ジャーナル「Communications Biology」に4⽉30⽇(⽊)18時(⽇本時間)に公開されました。


図1 Rad51によるDNA鎖交換を介した染⾊体の維持(左)とRad52によるDNAアニーリングを介した染⾊体異常(右)

研究の背景
染⾊体異常は発ガンの⼤きな要因であると考えられています。相同組換え因⼦ BRCA2 や Rad51 は DNA 損傷の正確な修復に働きます。そのため、これらが機能しないと染⾊体異常が起こり、細胞がガン化することが知られていました。BRCA2 遺伝⼦などに変異を持つ⼥性の約 7 割は 80 才までに乳がんを発症すると推定されています。こうした発ガンのリスクにも関わらず、これまで、染⾊体異常が起きる分⼦メカニズムは解明されていませんでした。
中川拓郎准教授らの研究グループは、組換え酵素 Rad52分裂酵⺟を⽤いて染⾊体異常の発⽣頻度を定量測定しま した。その結果、Rad52 の DNA アニーリング活性がゲノム上の反復配列を「のりしろ」にした染⾊体異常の発⽣に Rad52 Rad52-R45K mock が染⾊体異常を引き起こすこと明らかにしました。Rad52 は多機能であるため、その役割を詳細に解析することが困難でした。そこで、DNA アニーリング活性が特異的に低下した変異型 Rad52-R45K を作成しました(図2)。そして、必要であることを明らかにしました。更に、本研究により、Rad52 による染⾊体異常は、通常、DNA 複製装置によって抑⽌されていることが⽰唆されました。
興味深いことに、マウスでは Rad52 を阻害すると発ガン率が低下することが知られています。また、ヒトのガン細胞では Rad52 遺伝⼦のコピー数が増加している症例が報告されています。したがって、哺乳動物においても、Rad52 は染⾊体異常を誘発する「がん遺伝⼦」として働くのではないかと考えられます。

図2 Rad52によるDNAアニーリング反応。Rad52に⽐べてRad52-R45KはDNAアニーリング活性が低下している

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)
これまで、染⾊体異常のメカニズムは解明されていなかった。今回、Rad52 が染⾊体異常を誘発することが明らかになったことにより、遺伝性乳がん卵巣がん症候群(HBOC)などの治療薬の開発がより⼀層進むことが期待されます。

特記事項
本研究成果は、2020 年4⽉30⽇(⽊)18時(⽇本時間)に Springer Nature 社のオープンアクセス・ジャーナル「Communications Biology」に掲載されました。
【タイトル】DNA replication machinery prevents Rad52-dependent single-strand annealing that leads to gross chromosomal rearrangements at centromeres
【著 者 名】Onaka AT, Su J, Katahira Y, Tang C, Zafar F, Aoki K, Kagawa W, Niki H, Iwasaki H, & Nakagawa T.
【D O I】10.1038/s42003-020-0934-0

本研究は、⽇本学術振興会科学研究費補助⾦の基盤研究の⼀環として⾏われ、東京⼯業⼤学科学技術創成研究院 岩崎博史教授、情報・システム研究機構国⽴遺伝学研究所 仁⽊宏典教授、明星⼤学理⼯学部 ⾹川亘教授の協⼒を得て⾏われました。

⽤語説明
※1 Rad52
酵⺟からヒトに⾄るまで広く真核⽣物に保存された蛋⽩質。酵⺟の Rad52 は相同組換え因⼦ Rad51 の DNA 結合を促進する活性と DNA アニーリング活性を持つことが知られている。⼀⽅、ヒトの Rad52 は、DNA アニーリング活性のみが顕著である。

※2 反復配列
同じ塩基配列が繰り返し現れる DNA 配列を反復配列という。ヒトのセントロメア領域などに⾒られる連続的な反復配列と、SINE 配列や LINE 配列のように様々な染⾊体上に現れる散在的な反復配列が存在する。

※3 染⾊体異常
転座、逆位、⽋失など染⾊体の⼤きな変化。染⾊体異常が起きると、重要な遺伝⼦が壊れたり、遺伝⼦のコピー数が増加したりすることで、癌をはじめ様々な遺伝病が起こりうる。

※4 DNA アニーリング活性
相補的な塩基配列を持つ1本鎖 DNA どうしを対にして2本鎖 DNA を形成する活性です。Singlestrand annealing(SSA)活性とも呼ばれる。

※5 BRCA2
Breast Cancer 2 の略。BRCA1(Breast Cancer 1)と同様、がん抑制遺伝⼦の1つであり、変異すると乳がんや卵巣がんのリスクが増⼤する。BRCA2 は Rad51 の DNA 結合を補助する活性を持つ。

※6 Rad51
酵⺟からヒトに⾄るまで広く真核⽣物に保存された蛋⽩質。Rad51 は1本鎖 DNA に結合し、それと相同な塩基配列を持つ2本鎖 DNA との間で DNA 鎖交換を⾏う。傷を持たない2本鎖 DNA を鋳型に使うことで、DNA 損傷を正確に修復することができる。

※7 分裂酵⺟Schizosaccharomyces pombe
アフリカでビールの⽣産に使⽤されていた酵⺟であり、隔壁ができることで細胞分裂する。ヒトと共通した染⾊体構造を持つが、その数が3本しかなく解析しやすいので、染⾊体の研究に使⽤されることの多い真核⽣物の1種である。

※8 遺伝性乳がん卵巣がん症候群(HBOC: Hereditary Breast and Ovarian Cancer)
BRCA1 や BRCA2 遺伝⼦の変異を原因とする遺伝性腫瘍であり、これらの遺伝⼦変異によりがん発症率が約10倍⾼くなる。⽇本⼈⼥性の乳がんの約5%が HBOC であると⾔われている。こうした遺伝⼦に変異が⾒つかった⽶国⼥優が、がん発症前に乳房などを切除したことが話題となった。

本件に関する問い合わせ先

<研究に関すること>
⼤阪⼤学 ⼤学院理学研究科 ⽣物科学専攻准教授 中川 拓郎(なかがわ たくろう)

東京⼯業⼤学 科学技術創成研究院 細胞制御⼯学センター教授 岩崎 博史(いわさき ひろし)

国⽴遺伝学研究所 遺伝形質研究系 微⽣物機能研究室
教授 仁⽊ 宏典(にき ひろのり)

明星⼤学 理⼯学部 総合理⼯学科 ⽣命科学・化学系
教授 ⾹川 亘(かがわ わたる)

<広報・報道に関すること>
⼤阪⼤学 ⼤学院理学研究科 庶務係

東京⼯業⼤学 総務部 広報・社会連携課

国⽴遺伝学研究所 リサーチ・アドミニストレーター室 広報チーム

明星⼤学 理事⻑室・学⻑室広報チーム

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