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「Rif1タンパク質はC端特異的ドメインとN端HEATリピート構造の両者を介してグアニン4重鎖結合と複製起点活性化を制御する」の紹介

ゲノム動態プロジェクトの小林駿介研修生、深津理乃研究技術員、加納豊研究員らは「Rif1タンパク質はC端特異的ドメインとN端HEATリピート構造の両者を介してグアニン4重鎖結合と複製起点活性化を制御する」について米国科学雑誌「Molecular Cellular Biology」に発表し、表紙に採択されました。

ゲノム動態プロジェクト 主席研究員加納 豊

DNAは、生物の遺伝情報を担い、厳密な制御のもとに次世代に正確に伝えられていきます。長い染色体DNAは核の中に収納されており、細胞周期の限定された期間(S期)に、過不足なく複製されなければなりません。そのために、DNA複製は、時間的、空間的な一定のプログラムのもと進行します。我々は、Rif1がそのプログラムを制御する主要な因子であることを発見しました。元々Rif1はテロメア^＊1長の制御因子として同定されたタンパク質でしたが、DNA複製開始を抑制することにより、ゲノムワイド^＊2にDNA複製タイミングを制御する進化的に保存された因子であることが明らかとなりました。さらに、Rif1は通常の二重らせんDNAではなく、非標準型DNAであるグアニン四重鎖(G4)DNAに特異的に結合することを示しました。染色体制御の研究は、これまで多くの研究がされてきたゲノムの１次配列・ヒストン修飾・DNA修飾に加えて、G4DNAのような非B型DNA構造が染色体の制御に深く関わっていることが明らかになっており、近年注目を集めています。 　Rif1もG4構造を認識してDNAの複製を制御することがわかってきましたが、その詳細は不明でした。今回我々はRif1タンパク質上の機能ドメインの解析を行いました。分裂酵母のRif１(1,400アミノ酸)を断片化したタンパク質を精製してG4に結合するかを検証することにより、どの領域がG4DNAへの結合に必要か探索したところ、N末端とC末端^＊3領域の両者がそれぞれG4に結合することができることが判明しました。また、精製したRif1の分子量を種々の方法で解析した結果、Rif1は8-16量体を形成していることがわかりました。Rif1のC末端91アミノ酸のみで多量体を形成すること、C末端希望に存在する分裂酵母種間でよく保存された配列が多量体形成に重要であることもわかりました。 これら及び他の結果から、Rif1が染色体に結合して染色体繊維を束ねている可能性を示唆し、そのモデルを提唱しました(図)。これにより、Rif1がG4を介して染色体に結合して、Rif1同士の相互作用を介して染色体を折りたたむことで複製を広範囲に抑制している可能性を提示しました。

図. Rif1はN末およびC末でG4DNAに結合する。加えてC末端でRif1同士が相互作用し、多量体を形成し、染色体高次構造を構築する。
本研究成果には、ゲノム動態プロジェクトの小林駿介研修生、深津理乃研究技術員、加納豊研究員らが貢献しました。

用語解説

＊1 テロメア :

染色体の端にあり細胞分裂のたびに短くなる塩基配列。細胞分裂の回数を決めている。

＊2 ゲノムワイド :

特定の遺伝子型を決定し、塩基の型と、病気や量的形質との関連を統計的に調べる方法

＊3 N末端・C末端 :

タンパク質等の終端がアミノ基のものをN末端、カルボキシル基のものをC末端という。