ヒト細胞ゲノム、DNA複製開始位置とタイミング解明──新技術を開発

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2025-12-03 国立遺伝学研究所

国立遺伝学研究所・鐘巻研究室らの国際共同研究チームは、ヒト細胞ゲノムにおける DNA複製開始位置(オリジン)と複製タイミングの決定原理 を解明する画期的技術「LD-OK-seq法」を開発した。ヒトでは微生物と異なり、複製開始点が特定のDNA配列で規定されないため、その仕組みは長年の未解決問題だった。本研究では、ヒトゲノム上で複製開始が高頻度に起こる領域を高精度に検出し、MCMヘリカーゼがゲノム全域に結合することで「ほぼどこからでも複製が開始可能」である一方、S期初期には TRESLIN-MTBP複合体 が遺伝子間領域を選択的に活性化して複製を開始させることを明らかにした。また、この結合を調節する拮抗的制御機構も発見し、複製位置の選択を制御する原理を提示した。これらの成果は、ゲノム不安定性が関わるがん・老化・遺伝疾患の理解に寄与し、将来的には 人工的なDNA複製制御技術 開発の基盤になると期待される。研究成果は Nature Communications に掲載された。

ヒト細胞ゲノム、DNA複製開始位置とタイミング解明──新技術を開発
図: ゲノムDNAにはMCMヘリカーゼが転写している遺伝子以外の領域に広く結合しており、MCMヘリカーゼのリン酸化はリン酸化酵素DDKと脱リン酸化酵素RIF1-PP1により拮抗的に制御されている。リン酸化されたMCMヘリカーゼにTRESLIN-MTBP複合体が呼び込まれることで、複製開始する場所が決定される。

<関連情報>

制御されたTRESLIN-MTBPローディングはヒトDNA複製の開始領域と複製タイミングを制御する Regulated TRESLIN-MTBP loading governs initiation zones and replication timing in human DNA replication

Xiaoxuan Zhu,Atabek Bektash,Yuki Hatoyama,Sachiko Muramatsu,Shin-Ya Isobe,Chikashi Obuse,Atsushi Toyoda,Yasukazu Daigaku,Chun-Long Chen & Masato T. Kanemaki
Nature Communications  Published:02 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-66278-7

Abstract

Replication origins in human cells form clusters ranging from tens to hundreds of kilobases called initiation zones (IZs), typically located in intergenic regions between active genes. On a larger megabase scale, chromosomes replicate following temporally defined replication timing (RT), where euchromatic regions replicate early, and heterochromatic regions replicate late. Although the stochastic model of IZ firing with a temporally regulated limiting factor can explain RT formation, this limiting factor in human cells remains unclear. To investigate the relationship between IZ and RT, we map the temporal firing pattern of IZs and examine the genome-wide distributions of replication licensing and firing factors in human cells. We identify TRESLIN-MTBP as a key limiting firing factor for replication initiation. Its loading onto phosphorylated MCM2–7 double hexamer (MCM-DH) is controlled by the opposing phosphorylation events on MCM-DH by Dbf4-dependent kinase and RIF1-Protein Phosphatase 1, which ultimately determine IZs and establish RT.

細胞遺伝子工学
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