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Study on molecular mechanism of meiotic recombination

减数分裂重组的分子机制研究

基本信息

批准号：
02044097
负责人：
OGAWA Hideyuki
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Osaka University, Faculty of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for international Scientific Research
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至 1992
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02044097/
关键词：
減数分裂期組換え真核生物のDNA傷害修復出芽酵母RAD51遺伝子の機能出芽酵母DMC1遺伝子の機能シナプトネマル複合体形成 RecAとRAD51蛋白質の機能の相同性 DNA二重鎖切断の修復ヒト,マウス,チキンRAD51遺伝子遺伝的組換え RAD51遺伝子 DMC遺伝子 RecA蛋白質との相同性減数分裂期組換え欠損減数分裂期特異的な転写促進組換え二重鎖切断の修復欠損減数分裂期組換え欠損変異株、rad50変異株、MRE

项目摘要

本共同研究の大きな目的である真核生物の遺伝的組換えの分子機構の解析の成果が二つ,この研究分野では最も評価の高いCell誌に我々の研究室とKlecknerの研究室から二報掲載された(Cell69,475-470,1992)。その一つは有糸分裂期のDNA傷害修復と組換え,そして減数分裂期組換えに中心的役割を果たすRAD51遺伝子の単離とその変異株の遺伝的性質の解析結果,Rad51蛋白質に生化学的性質の解析結果,RAD51蛋白質が構造的にも機能的にも大腸菌RecA蛋白質に良く似た性質を持つこと等を報告した。他方,Klecknerの研究室では,酵母の減数分裂期組換えに特異的な遺伝子DMC1を単離し,その性質がRAD51と非常に良く似ていることを示した。しかし両者の遺伝子の機能は構造的,機能的に似た性質を持っているにもかかわらずお互いに手々減数分裂期の機能の欠損を相補することは出来ない。両遺伝子を欠失した変異株の性質の解析はRAD51遺伝子がほとんどの表現形で上位に位置することを示した。興味深いことに,一度減数分裂期に入ったrad51欠失変株の有糸分裂期の欠損はDMC1により相補されることが分かった。本年は更に,(1)Rad51蛋白質の研究が一段と進歩し,RAD51蛋白質がssDNA依存ATPase活性を持っている事が分かり,その反応条件(ssDNAの長さ,Mg濃度MPH)がRecA蛋白質のssDNA依存ATPase活性と同じであること,(2)Rad51-ATP-dsDNA複合体を電子顕微鏡下で観察解析したところ,複合体は右巻ラセン構造を持つフィラメントを形成し,B-型DNAを1.5倍引き伸ばし,二重ラセンを巻戻す事,また3塩基対に1個のRad51蛋白質が結合し,RecA-ATP-dsDNA複合体と全く同じ性質を持つことを示した(Science259inPress.1993)。Rad51蛋白質とRecA蛋白質の構造の違いはRad51蛋白質のN末端がReca蛋白質より120アミノ酸残基長く,1方,C末端はRecA蛋白質の方が90アミノ酸残基長い。従て,上記で述べた同じ性質を示す複合体形成にかかわる両蛋白質の領域はRecA蛋白質のアミノ酸30番目から260番目に相当する領域である。興味深いことに,この共通領域は大腸菌RecA緑膿菌RecAの間で作ったキメラーの解析で得られた中央のドメインと一致している(J.Mol.Biol.226,651-660,1992)。電子顕微鏡観察ではRad51複合体ではN末端に相当する部分が観察できなかったので,Rad51蛋白質のN末端はflexibleな構造をとっていると考えられる。RecA蛋白質のC末端部分はRecA蛋白質のDNAとの結合の強さを制御する領域やRecA蛋白質にフィラメント同士の相互作用に関連した領域と考えられている。真核生物のRad51蛋白質がrecA蛋白質とその性質を共有するというこの知見は,Rad51蛋白質が真核生物共通の組換え蛋白質である可能性を提示した。我々はRAD51相同遺伝子をヒト,マウス,ニワトリからクーロンした。これら3つの蛋白質は全く同じ大きさ(339アミノ酸)で,99-97%同じアミノ酸から構成されていた。酵母のRad51蛋白質とも高い相同性(83%)を示した。最も興味深い事はRecAの30番目から240番目に相当する領域が共通に保存され,この領域が組換え蛋白質の基本的な,共通な機能に関与していることを示した点である。真核生物には更に,このN末端側に端側に真核生物の組換え蛋白質に共通な領域が存在していることも解かった。マウスRAD51遺伝子の発現量を種々な臓器について調べてみると,遺伝的組換えが最も活発な卵巣,睾丸,また抗体産生の活発な脾臓と胸腺,増殖な盛んな細胞胚芽細胞で最も高く,酵母のRAD51遺伝子の発現が減数分裂期やG1/S期の細胞,またX線や薬剤処理した細胞で誘導される事と良く一致していた(Nature Genetics submitted,1993)。本共同研究は減数分裂期組換え機構の解析で始まったが,成果は遥に大きく真核細胞の共通の組換え蛋白質の同定とその性質の解明にまで及んだ。この発見は遺伝的組換えの基本機構の解析はもとより,現在注目されている遺伝子発見は遺伝子的組換えの基本機構の解析はもとより,現在注目されている遺伝子ターゲッティング技術の開発,遺伝病の治療,染色体工学技術へと大きな広がりを期待できるものである。

The results of this joint research on the molecular structure analysis of eukaryotic genetic transformation were published in two papers (Cell69,475- 470, 1992). The results of analysis of the properties of RAD51 gene and its mutants, the results of analysis of the biochemical properties of RAD51 protein, the results of analysis of the structural and functional properties of RAD51 protein and the results of analysis of the properties of E. coli RecA protein are reported. In addition,Kleckner's laboratory showed that yeast meiotic phase organization was different from that of DMC1, and its properties were different from RAD51. The function of the gene is to complement the structural, functional and similar properties of meiosis. The analysis of the properties of the missing genes is based on RAD51 gene expression and its position. The first meiosis stage is the first stage of the meiosis stage. The second stage is the first stage of the meiosis stage. This year,(1) RAD51 protein research progress, RAD51 protein ssDNA-dependent ATPase activity to maintain a high degree of separation, and the reverse conditions (ssDNA length,Mg concentration MPH) The ssDNA dependent ATPase activity of RecA protein was analyzed by electron microscopy.(2) Rad51-ATP-dsDNA complex was analyzed by electron microscopy. The complex was formed by the structure of B-type DNA. The B-type DNA was 1.5-fold extended. The binding of three basic pairs of Rad51 proteins,RecA-ATP-dsDNA complexes and their complete identity were demonstrated (Science 259 in Press.1993). The structural differences between the Rad51 protein and the RecA protein are that the N-terminal of the Rad51 protein is 120 amino acid residues long and the C-terminal is 90 amino acid residues long. In addition, the properties of the above mentioned proteins indicate that the domain of RecA protein is 30 amino acids, 260 amino acids and 260 amino acids. Of great interest, this common field is the analysis of Escherichia coli RecA and Pseudomonas aeruginosa RecA, which has been consistently analyzed (J. Mol. Biol. 226, 651 -660,1992). Electron microscopical examination of the Rad51 complex revealed that the N-terminal equivalent of the Rad51 protein was flexible. The C-terminal portion of RecA protein inhibits the binding of RecA protein to DNA. Rad51 protein in eukaryotes is a common component of recA protein, suggesting the possibility that Rad51 protein is a common component of eukaryotic protein. I'm going to RAD51, and I'm going to try to make it work. The protein content of these three proteins is completely different from that of the others (339 amino acids), and 99 -97% of them are different from that of the others (339 amino acids). Yeast Rad51 protein showed high identity (83%). The most interesting thing is that RecA has 30 items and 240 items, which correspond to the common areas. The common areas are the basic components of protein, and the common functions are related to the common areas. In eukaryotes, there is a common domain of protein in the N-terminal side. The production of RAD51 gene is the highest in egg, testis, thymus, embryo, yeast, meiosis, G1/S, X-ray treatment, cell induction, etc.(Nature Genetics submitted,1993). This joint study is aimed at elucidating the identity and properties of meiotic proteins in eukaryotes. The analysis of the basic mechanism of genetic transformation is now focused on the development of genetic technology, the treatment of genetic diseases, and the development of chromosome engineering technology.