葉緑体核様体をコンパクトに折りたたむ「DNAクリップ」の発見

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ミトコンドリアとも共通する普遍的なしくみの解明

2021-05-12 京都大学

田草川真理 理学研究科研究員、西村芳樹 同助教、山口大学、茨城大学、立命館大学らの研究グループは緑藻クラミドモナスの葉緑体核様体の解析から、葉緑体DNAを折りたたむタンパク質「DNAクリップ」を発見しました。

生物の遺伝情報を担うDNAは、細胞にきちんと収まるように、生体内で小さく折りたたまれなければなりません。たとえば細胞核DNAは多様なヒストンによって折りたたまれて染色体を構築し、ミトコンドリアDNAはTFAM/Abf2pと呼ばれるタンパク質によって折りたたまれて「核様体」を形成します。一方、植物などで光合成を担う重要な細胞内小器官である葉緑体にも独自のDNAが存在しますが、これら葉緑体DNAが折りたたまれて「葉緑体核様体」を形成する仕組みはわかっていませんでした。

本研究によって発見されたタンパク質は、2つのDNA結合部位(High mobility group(HMG)box)を持っており、その構造はミトコンドリアのTFAM/Abf2pとそっくりでした。HMG box domain protein(HBD)1と名付けたこのタンパク質について、ゲノム編集によって遺伝子を破壊すると、葉緑体核様体は解けて小さくなりました。さらにHBD1タンパク質のDNAへの結合様式を、高速原子間力顕微鏡とDNAオリガミをもちいて観察してみると、HBD1がDNAを折り曲げたり(bending)、2本のDNA鎖を架橋(bridging)したりする様子が捉えられました。これらの結果から、HBD1は2つのDNA結合領域を用いて、DNAを折り曲げたり架橋したりする「DNAクリップ」として、葉緑体DNAを折りたたみ、葉緑体核様体の構築に貢献していることが示されました。

本研究の成果は、2021年5月11日に、国際学術誌「PNAS (米国科学アカデミー紀要) 」のオンライン版に掲載されました。


図:本研究の概要図

詳しい研究内容≫

研究者情報
研究者名:西村芳樹

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