一本鎖DNAと二本鎖DNAを見分けるバクテリアコンデンシンのセンサー残基

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2026-02-04 国立遺伝学研究所

本研究は、大腸菌のDNA凝縮に関わるコンデンシンタンパク質MukBが、一本鎖DNA(ssDNA)と二本鎖DNA(dsDNA)を識別する分子機構を明らかにした。細胞内では細胞長を大きく超えるDNAが高度に折り畳まれており、その凝縮にMukBが重要な役割を果たす。MukBは棒状分子が結合してリング構造を形成し、その内側にDNAを捕捉するが、特にssDNAを効率よく結合する特性をもつ。研究チームはMukBの多数のアミノ酸置換変異体を作製し解析した結果、リング内部に位置する特定のアミノ酸残基がssDNA結合に関与することを突き止めた。これらの「センサー残基」はリング閉鎖時に一直線に整列し、ssDNAが襷掛け状に結合することで構造が安定化すると考えられる。一方、dsDNAは安定に保持されず再放出される。本成果は、細菌染色体構造制御やゲノム機能理解の基盤を与える重要な知見である。

一本鎖DNAと二本鎖DNAを見分けるバクテリアコンデンシンのセンサー残基
MukBのリングが閉じるとセンサー残基が整列し一本鎖DNA結合領域を形成する。一本鎖DNAがリング内に入ると安定に保持され、二本鎖DNAの場合は再度放出される。

<関連情報>

細菌SMCタンパク質MukBの内表面残基がin vitroでのssDNA結合に関与する Involvement of the inner surface residues of bacterial SMC protein MukB in the ssDNA binding in vitro

Koichiro Akiyama,Koichi Yano & Hironori Niki
Communications Biology  Published:16 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-09345-5

Abstract

The bacterial condensin MukB facilitates proper chromosome segregation in Escherichia coli. MukB protein localizes at the ori adjacent region by unknown mechanism. The MukB protein entraps the single-stranded DNA (ssDNA) molecule more efficiently than double-stranded DNA (dsDNA). In the bacterial genome, several copies of the rrn genes are encoded near the ori region. The rrn regions are expected to efficiently generate ssDNA due to their high transcriptional activity and the frequent formation of R-loops. In this study, we identified residues involved in DNA binding. The mutations impaired ssDNA binding more severely than dsDNA binding in vitro, and also caused deficiencies in cell growth and nucleoid segregation. These amino acid residues are aligned and are thought to bind DNA when the MukB dimer entraps a DNA molecule within its ring, thereby likely enhancing the DNA-binding activity of MukB. These residues may contribute to the accumulation of MukB on the chromosome, including the rrn regions.

細胞遺伝子工学
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