細胞核内のＤＮＡが二重らせんの逆ねじりでゆるむ仕組みを解明

生物の遺伝情報を担うＤＮＡは、二重らせんの構造を形成しています。細胞内では、ＤＮＡの二重らせんがゆるむことで、さまざまな機能を持ったたんぱく質がＤＮＡに結合・集積し、遺伝情報の読み出し・コピー・修復などの多彩な機能が発揮されます。これまで、特定のたんぱく質がＤＮＡに対してトルクを発生させることで二重らせんをゆるめる仕組みが提案されていましたが、実際には、ふらふらしたＤＮＡの１点に力をかけてねじるだけでは、二重らせんはなかなかゆるみません。

福手 淳平 京都大学 大学院生命科学研究科 博士後期課程学生、牧 功一郎 京都大学 医生物学研究所 助教、安達 泰治 同研究所 教授は、細胞内において、従来のトルクを発生するモーター分子に加え、ＤＮＡの軸回転を抑える構造が存在することで、ＤＮＡの二重らせんが逆にねじられる力学的な仕組みを明らかにしました。具体的には、細胞に取り込ませた二重らせんのゆるいソラレン誘導体を蛍光標識することで、ＤＮＡの二重らせんがゆるむ発生場所をつきとめました。さらにクロマチン免疫沈降解析により、二重らせんがゆるむ場所では、ＤＮＡがたんぱく質の集合体にアンカリングされていることを見いだしました。このＤＮＡとたんぱく質集合体の結合を阻害すると二重らせん構造が元に戻ったことから、たんぱく質集合体へのアンカリングを介したＤＮＡの軸回転の抑制が、ＤＮＡの二重らせんがゆるむために必要であることが示されました。

将来は、ＤＮＡの二重らせんを人為的にゆるめることで、遺伝情報の読み出しのオン・オフを制御することが可能となると考えられ、新たなゲノム編集・遺伝子治療技術としての応用が期待されます。

本研究成果は、２０２４年１月２３日に国際学術誌「Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｂｉｏｌｏｇｙ」にオンライン掲載されます。