超分子構造研究室・白木原研究室

DNAを複製する際、2本鎖構造が一時的に解かれます。この2本鎖構造を壊すためには、複数のタンパク質が集まって出来る複合体が必要です。1本鎖が露出した部分に、ヘリカーゼ、プライマー合成酵素、DNA合成酵素等が結合し、DNAの複製が始まります。大腸菌を宿主とするColE2プラスミドの複製開始因子Repは、プラスミド上の複製開始点に特異的に結合し、DNAの2本鎖構造を解き、更にRNAプライマーの合成を行う多機能なタンパク質です。

今回の研究では、Repが持つDNA結合領域と複製開始点との複合体の立体構造を解明しました。RepのDNA結合領域は3つのモジュールで構成され、１分子内の各モジュールが連携して複製開始点へ特異的に結合し、その2本鎖構造を巧みに解く仕組みが明らかになりました。さらに、立体構造および機能が未知であったPriCTと呼ばれる領域が、2本鎖の解裂に重要な役割を果たす事も今回初めて明らかになりました。このドメインは様々なバクテリアを宿主とするプラスミドだけでなく、バクテリアや真核生物のウィルス等でも保存されていることから、今後これらのタンパク質が担う分子機構に対する理解がより深まると期待されます。

本研究は信州大学理学部等との共同研究で行われました。

(A) ColE2 RepのDNA結合領域と複製開始点との複合体の立体構造。DNA分子に沿って細長く巻き付くような形を持つ事で、DNAの構造を壊すに足りる結合力を確保している。
(B) 本研究から提案された複製開始点解裂のモデル。 PriCT領域は2本鎖の解裂と解けた構造の安定化に中心的な役割を持つ。