DNA複製と共役して働くSMC蛋白質複合体の研究

真核生物では、DNA複製開始点での複製装置形成・活性化によって、複製フォークの進行が始まる。倍加したDNAは、分裂期にはいると染色体を形成し、核膜崩壊を伴って、娘細胞へ均等分配される。この一連の過程には、SMC(Structural Maintenance of Chromosomes)と総称される数種の蛋白質が深く係わっている。SMC蛋白質は約500Aの長さのコイルドコイルアームと、そのNとC末端領域で構成されるATP加水分解反応を担うドメインを有している。原核生物の細胞においてもSMC蛋白質と2種類の制御サブユニットが存在する。それらは原核生物の核様体と呼ばれるDNA高次構造の構築に関わっており、真核細胞における染色体形成と共通する分子基盤があると考えられる。本年度は枯草菌のSMC蛋白質のホモダイマー形成に関わるヒンジドメインのX線結晶構造解析を行った。ヒンジ領域の構造は、二見、二つの相互作用面を有する二量体リング状であるが、完全な2回対称ではなく、二つのダイマー形成面の一方が開いてツイストした非対称構造であった。隣接するコイルドコイル領域がないヒンジドメインの組換え体の立体構造も、このような非対称性を有していたため、この構造が何らかの生体内の機能を担うものであると示唆された。コイルドコイル領域が隣接するヒンジドメイン構造の内部には、保存された疎水性のアミノ酸が存在する。このアミノ酸を支点にして、ヒンジ領域とコイルドコイル領域の相対的位置は、二つのモノマー構造間で大きく異なっていた。二量体間の相互作用面の開閉には、これら二つの領域を介した構造的連係があると考察された。

真核生物では、DNA複製開始点での複製装置形成・活性化によって、複製フォークの進行が始まる。倍加したDNAは、分裂期にはいると染色体を形成し、核膜崩壊を伴って、娘細胞へ均等分配される。この一連の過程には、SMC(Structural Maintenance of Chromosomes)と総称される数種の蛋白質が深く係わっている。SMC蛋白質は約500Aの長さのコイルドコイルアームと、そのNとC末端領域で構成されるATP加水分解反応を担うドメインを有している。原核生物の細胞においてもSMC蛋白質と2種類の制御サブユニットが存在する。それらは原核生物の核様体と呼ばれるDNA高次構造の構築に関わっており、真核細胞における染色体形成と共通する分子基盤があると考えられる。本年度は枯草菌のSMC蛋白質のホモダイマー形成に関わるヒンジドメインのX線結晶構造解析を行った。ヒンジ領域の構造は、二見、二つの相互作用面を有する二量体リング状であるが、完全な2回対称ではなく、二つのダイマー形成面の一方が開いてツイストした非対称構造であった。隣接するコイルドコイル領域がないヒンジドメインの組換え体の立体構造も、このような非対称性を有していたため、この構造が何らかの生体内の機能を担うものであると示唆された。コイルドコイル領域が隣接するヒンジドメイン構造の内部には、保存された疎水性のアミノ酸が存在する。このアミノ酸を支点にして、ヒンジ領域とコイルドコイル領域の相対的位置は、二つのモノマー構造間で大きく異なっていた。二量体間の相互作用面の開閉には、これら二つの領域を介した構造的連係があると考察された。