原核、真核生物の複製開始蛋白質の活性制御機構の解明

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DnaAは大腸菌染色体DNAの複製開始蛋白質である。DnaAがDNA複製反応を開始するためには、DnaAは複製開始反応前に不活性なADP結合型からATP結合型に再活性化される必要がある。この再活性化に関わる因子として重要なのが、膜リン脂質である。私は、膜リン脂質とDnaAとの相互作用の分子機構を明らかにすることが、DnaAの活性化機構の解明に不可欠と考え、DnaAの膜結合ドメイン(Lys327-Ile344およびAsp357-Val374)に変異を導入した多数の変異DnaAを構築し、その遺伝生化学的な解析を行った。その結果、膜リン脂質がDnaAのArg328及びLys372とイオン的に結合することを示唆し、膜リン脂質が不活性なADP結合型DnaAをATP結合型に活性化する分子機構を提唱した(J. Biol. Chem. 276, 7450-7456 (2001), J. Biol. Chem. 275, 4513-4518(2000), Biochem J. 362, 453-458 (2002))。また私は、膜リン脂質がDnaAのDNA結合を抑制するという全く新しい活性を見出した。DnaAはDNAに対して非特異的および特異的に結合する。この内DnaAの非特異的なDNA結合は、DnaAの膜結合ドメイン(Lys327-Ile344およびAsp357-Val374)を介していることを示唆し、報告した(J. Biochem. (Tokyo) 131, 419-425 (2002))。一方DnaAの特異的なDNA結合に対する、種々の膜リン脂質の阻害効果を検討したところ、この阻害には膜リン脂質が酸性部分を持つこと(酸性リン脂質であること)、および膜を構成するリン脂質の流動性が関与することが明らかになった(Mol. Microbiol. 46, 245-256(2002))。以上は、膜リン脂質がDnaAの活性化に関与するばかりか、細胞周期のある場面においては、DnaAの特異的なDNA結合を阻害し、複製開始反応を抑制することによって、細胞周期に呼応した染色体複製反応を制御するという、全く新しい可能性を示唆している。また、私は、高等生物の複製開始因子ORCの研究も行っており、ORCがDnaAと同様に、膜リン脂質と相互作用することを世界で初めて見出し、報告した(Biochem J. 362, 395-399(2002)))。以上の事実はDnaAと同様の活性調節機構がORCにも保存されていることを示唆している。