ゲノムDNAの相同組換え修復で働くSMCタンパク質の分子メカニズムの解析

二本鎖DNAの切断によるゲノムDNAの不安定化は、細胞死や遺伝子変異を誘発し、ヒトでは老化やがん化、様々な遺伝子疾患の原因になっている。DNA相同組換えは、DNA切断を誤りなく修復することができるため、ゲノムDNAの安定性を維持する上で重要なDNA修復反応である。この反応において、SMCタンパク質によるDNA構造の制御が重要であるが、その分子メカニズムはよくわかっていない。本研究では、大腸菌の相同組換え修復に関与し、かつSMCファミリーに属するRecNの分子機能を明らかすることで、相同組換え反応におけるSMCタンパク質の分子基盤の確立を目指した。RecNのDNA結合活性について詳細に解析した結果、RecNは二本鎖DNAよりも一本鎖DNAに結合し易いことがわかった。また、RecNはリング様構造を形成し、その中空にDNAを通すことでDNA上をスライディングすることが示唆された。さらに、このスライディング活性は、RecAリコンビナーゼの一本鎖DNA結合により抑制されることがわかった。これらのことから、RecNはDNA上にロードした後、RecAを介してDNA切断末端に集積することが考えられ、細胞内における動態と矛盾しないものであった。次に、一本鎖DNAに結合したRecNについて解析した結果、このRecNは、ATP依存的に二本鎖DNAとも結合可能であることがわかり、この活性は、RecAに依存して起こる相同なDNA鎖同士の対合の促進に機能することが示唆された。以上の成果をまとめ、RecNが相同な二つのDNA分子を近接させることで、RecAによる相同組換えの初期反応を促進するモデルを提唱し、学術論文として発表した（Commun. Biol., 2019）。

二本鎖DNAの切断によるゲノムDNAの不安定化は、細胞死や遺伝子変異を誘発し、ヒトでは老化やがん化、様々な遺伝子疾患の原因になっている。DNA相同組換えは、DNA切断を誤りなく修復することができるため、ゲノムDNAの安定性を維持する上で重要なDNA修復反応である。この反応において、SMCタンパク質によるDNA構造の制御が重要であるが、その分子メカニズムはよくわかっていない。本研究では、大腸菌の相同組換え修復に関与し、かつSMCファミリーに属するRecNの分子機能を明らかすることで、相同組換え反応におけるSMCタンパク質の分子基盤の確立を目指した。RecNのDNA結合活性について詳細に解析した結果、RecNは二本鎖DNAよりも一本鎖DNAに結合し易いことがわかった。また、RecNはリング様構造を形成し、その中空にDNAを通すことでDNA上をスライディングすることが示唆された。さらに、このスライディング活性は、RecAリコンビナーゼの一本鎖DNA結合により抑制されることがわかった。これらのことから、RecNはDNA上にロードした後、RecAを介してDNA切断末端に集積することが考えられ、細胞内における動態と矛盾しないものであった。次に、一本鎖DNAに結合したRecNについて解析した結果、このRecNは、ATP依存的に二本鎖DNAとも結合可能であることがわかり、この活性は、RecAに依存して起こる相同なDNA鎖同士の対合の促進に機能することが示唆された。以上の成果をまとめ、RecNが相同な二つのDNA分子を近接させることで、RecAによる相同組換えの初期反応を促進するモデルを提唱し、学術論文として発表した（Commun. Biol., 2019）。