DNA修復系で働くDNAポリメラーゼXの分子機能・細胞機能解析

バクテリアのDNA修復において、DNAを合成する酵素であるDNAポリメラーゼX(PolX)が、一般的なDNAポリメラーゼとは異なる反応機構を持つことが分かった。DNAポリメラーゼは通常、DNAに結合した状態でDNAの材料であるヌクレオチドを取り込んで合成を進めるが、あるバクテリアPolXにおいては、先にヌクレオチドを結合しておき、その状態から"ヒットエンドラン"的にDNAと反応することが分かった。これは一見効率が悪そうだが、このPolXは塩基除去修復系というDNA修復系において、1塩基のDNAギャップを埋めるステップで働くと予想されるため、好都合であると考えられた。さらに、昨年度得られた結晶構造情報を利用することで、ヌクレオチドと強く結合するために重要なアミノ酸残基を同定した。また、バクテリアPolXのみが持つPHPドメインの機能はよく分かっていなかったが、塩基除去修復系で必要とされる2つの活性である、脱塩基部位を切断する活性と、プライマーの3'末端をブロックする構造を除去する活性があることが分かった。バクテリアにはすでにこの活性を持つEndoIVという酵素が存在することが知られているが、PolXのそれらの活性はEndoIVよりも低く、バックアップとして働いていると予想された。そこで、PolXとEndoIVの遺伝子を両方破壊した遺伝子破壊株を作製したところ、2つの遺伝子を破壊したときのみ、塩基除去修復系を誘導するようなストレスに対して非常に高い感受性を示したことから、PolXがEndoIVのバックアップであるという仮説が支持された。これらの結果から、バクテリアPolXは塩基除去修復系に特化した酵素であることが明らかとなった。本研究が、PolXの機能や塩基除去修復系の全容解明に貢献できると期待している。

バクテリアのDNA修復において、DNAを合成する酵素であるDNAポリメラーゼX(PolX)が、一般的なDNAポリメラーゼとは異なる反応機構を持つことが分かった。DNAポリメラーゼは通常、DNAに結合した状態でDNAの材料であるヌクレオチドを取り込んで合成を進めるが、あるバクテリアPolXにおいては、先にヌクレオチドを結合しておき、その状態から"ヒットエンドラン"的にDNAと反応することが分かった。これは一見効率が悪そうだが、このPolXは塩基除去修復系というDNA修復系において、1塩基のDNAギャップを埋めるステップで働くと予想されるため、好都合であると考えられた。さらに、昨年度得られた結晶構造情報を利用することで、ヌクレオチドと強く結合するために重要なアミノ酸残基を同定した。また、バクテリアPolXのみが持つPHPドメインの機能はよく分かっていなかったが、塩基除去修復系で必要とされる2つの活性である、脱塩基部位を切断する活性と、プライマーの3'末端をブロックする構造を除去する活性があることが分かった。バクテリアにはすでにこの活性を持つEndoIVという酵素が存在することが知られているが、PolXのそれらの活性はEndoIVよりも低く、バックアップとして働いていると予想された。そこで、PolXとEndoIVの遺伝子を両方破壊した遺伝子破壊株を作製したところ、2つの遺伝子を破壊したときのみ、塩基除去修復系を誘導するようなストレスに対して非常に高い感受性を示したことから、PolXがEndoIVのバックアップであるという仮説が支持された。これらの結果から、バクテリアPolXは塩基除去修復系に特化した酵素であることが明らかとなった。本研究が、PolXの機能や塩基除去修復系の全容解明に貢献できると期待している。