鶏が先か、卵が先か

東京大学 先端科学技術研究センターの西増 弘志 教授らの研究グループは、アーク研究所のPatrick D. Hsu（パトリック・スー） 博士らの研究グループとの共同研究により、IS110ファミリーに属する大腸菌由来のIS621転移因子が、ゲノムから切り出される分子メカニズムを明らかにしました。

本研究グループは2024年、IS621リコンビナーゼがブリッジRNAと協働し、環状DNA中間体であるドナーDNAをゲノム上のターゲットDNAに挿入する分子メカニズムを報告しました。一方、ゲノムに存在するIS621因子が環状DNA中間体として切り出される仕組みは不明でした。特に、ブリッジRNAは環状DNA中間体から産生されるため、最初の切り出しに必要なブリッジRNAがどのように供給されるのかという「鶏が先か、卵が先か」という問題が残されていました。

本研究では、ゲノム上のIS621因子から少量のブリッジRNAが産生されており、IS621リコンビナーゼと複合体を形成し、切り出し反応を促進することを明らかにしました。さらに、切り出しと挿入の反応効率を調べたところ、IS621リコンビナーゼ–ブリッジRNA複合体は切り出し反応よりも挿入反応を効率よく触媒することが明らかになりました。さらに、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析により、切り出し反応中のIS621リコンビナーゼ–ブリッジRNA–DNA複合体の立体構造を決定しました。2024年に報告した挿入反応中の複合体ではドナーDNAとターゲットDNAがU字型に折れ曲がって複合体に結合していたのに対し、切り出し反応複合体では直線状のDNA基質がX字型に配置されており、この基質DNAの立体構造の違いが挿入に比べて切り出しが抑制されている一因であることが明らかになりました。

本成果は、IS110ファミリー転移因子の転移メカニズムの理解を深めるとともに、ブリッジRNAを利用したゲノム改変技術の基盤を提供するものです。

本研究成果は、2026年8月12日（英国夏時間）に英国科学誌「Nature」に掲載されました。