染色体DNAの二方向複製のしくみ~染色体DNAの二方向複製のしくみ~

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2026-01-21 九州大学

九州大学大学院薬学研究院の片山勉教授らは、染色体DNAが複製起点から左右二方向に進むという生物学の基本原理を支える分子機構を初めて解明した。研究では、大腸菌の複製起点において、2分子のDnaBヘリカーゼがDnaAやIHFによる開始複合体に結合し、相互依存的に制御されながら協調して反対方向へ進行する仕組みを詳細に解析した。その結果、一方のヘリカーゼの進行が他方の結合や進行を促す「共役した分子動態」が二方向複製を成立させていることが明らかになった。本成果により、教科書的原理が分子レベルで合理的に説明可能となり、細胞増殖制御や創薬研究への波及効果が期待される。研究成果はNucleic Acids Researchに掲載された。

染色体DNAの二方向複製のしくみ~染色体DNAの二方向複製のしくみ~

<関連情報>

oriC における動的なDnaA-DnaB相互作用は、双方向複製のための2つのDnaBヘリカーゼのローディングと連動した転座を調整する Dynamic DnaA–DnaB interactions at oriC coordinate the loading and coupled translocation of two DnaB helicases for bidirectional replication

Takumi Tsuruda,Ryusei Yoshida,Chihiro Hayashi,Kazutoshi Kasho,Shogo Ozaki,Tsutomu Katayama
Nucleic Acids Research  Published:21 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1093/nar/gkaf1474

Abstract

Bidirectional replication is a conserved principle requiring coordinated translocation of the two replicative helicases loaded at the origin. In Escherichia coli, the initiator protein DnaA constructs two oligomers in an initiation complex at the origin oriC, which locally unwinds the DNA and recruits DnaB helicase-DnaC loader complexes to the unwound region. We previously demonstrated that the two DnaA subcomplexes constructed on oriC bind a specific DNA strand of the unwound origin and tether individual DnaB–DnaC complexes via stable interactions between DnaA domain I and DnaB. A low-affinity DnaA–DnaB interaction mediated by DnaA domain III His136 is essential for DnaB-dependent origin unwinding. Here, we identified DnaB Thr86 as the critical residue mediating this low-affinity interaction. Structural modeling suggests that Thr86 is surface-exposed near the DNA entry site of DnaB. Functional analyses revealed that DnaB Thr86 was specifically required for DnaB loading onto the DnaA-bound strand of the unwound oriC. Furthermore, this strand-specific DnaB loading was required for enabling translocation of the opposing DnaB helicase loaded on the DnaA-free strand. Our findings define a novel mechanism of strand-specific helicase loading, mediated by the low-affinity DnaA–DnaB interactions, which promotes the coordinated translocation of the loaded DnaB helicases, ensuring bidirectional replication from oriC.

細胞遺伝子工学
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