2022-12-01 国立遺伝学研究所
ヒトではDNA合成反応に働く酵素(DNAポリメラーゼ)が17種類存在し,それらのDNA合成反応の効率・正確性はそれぞれ異なり,ゲノム複製におけるポリメラーゼ間の分業は,ゲノム情報の安定性を決める主な要因です。特に,がん細胞においては,多くのDNAポリメラーゼ遺伝子に変異が生じ, DNAポリメラーゼの使われ方が大きく変化することが報告されていますが,その実態は明らかになっていません。我々は,ヒト培養細胞を使用して,全ゲノムにわたりDNAポリメーラの機能を解析する方法Polymerase usage sequencing(Pu-seq)法を開発し,主要なDNAポリメラーゼと言われていたPolε(イプシロン)とPolα(アルファ)それぞれが主にリーディング鎖・ラギング鎖合成に関与することを明らかにしました。また,これらのポリメラーゼのプロファイルを組み合わせた解析から,ゲノム上に多数存在する複製開始領域を今までにない精度で予測することにも成功しました。今後は,本研究で開発されたPu-seq実験によって,がん化などによる細胞の状態変化によって生じるゲノム複製機構の変遷を明らかにし,ヒトなどの大きなゲノムを持つ生物が潜在的に有するDNA複製の柔軟性(flexibility),また,それに伴う脆弱性(fragility)の全容解明に向け,研究を大きく進めていく予定です。
本研究は、以下の支援を受けて実施されました。
・国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業 さきがけ 研究領域:ゲノムスケールのDNA設計・合成による細胞制御技術の創出「レプリケーター領域の構成的理解を介したゲノム複製の制御技術の確立(研究代表者:大学保一)」
・国立研究開発法人科学技術振興機構(JST) 創発的研究支援事業 塩見パネル「ゲノム複製におけるDNAポリメラーゼ間の協調的機能(研究代表者:大学保一)」
・日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 JP16H06151,JP20H03233,JP21K19203(研究代表:大学保一)
・日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 (JP20H05396JP21H04719 and JP22H04703(研究代表:鐘巻将人)
・内藤記念科学振興財団 研究助成(研究代表者:大学保一)
・武田科学振興財団 ライフサイエンス研究助成(研究代表者:大学保一)
・国立遺伝学研究所 共同研究「NIG-JOINT」(研究代表者:大学保一)
図: DNA複製フォークの構造
ヘリカーゼがほどいた一本鎖DNA上でPol εがリーディング鎖,PolαとPolδラギング鎖合成を担う。
Global landscape of replicative DNA polymerase usage in the human genome
Eri Koyanagi#, Yoko Kakimoto#, Tamiko Minamisawa#, Fumiya Yoshifuji#, Toyoaki Natsume†, Atsushi Higashitani, Tomoo Ogi, Antony M. Carr, Masato T. Kanemaki, Yasukazu Daigaku*
#同等貢献,*責任著者
Nature Communications (2022) 13, 7221 DOI:10.1038/s41467-022-34929-8
