研究室・教員

原核生物分子遺伝学 (真木研究室)

真木寿治教授の顔写真 秋山昌広准教授の顔写真
教授
真木 寿治
准教授
秋山 昌広
助教
真木 智子、古郡 麻子
Email
{ maki, akiyamam, smaki, furukori }@bs.naist.jp
研究室HP
http://bsw3.naist.jp/maki/

研究・教育の概要

私たちの研究室では、親(親細胞)から子(娘細胞)への遺伝情報の正確な伝達がどのような仕組みに支えられているのか、あるいはこれとは逆に、不正確な遺伝情報の伝達により引き起こされる突然変異はどのようなプロセスを経て発生するのかについて研究を進めています。DNAおよび生命の基本的問題や生物進化の分子機構に強い興味を持つ若い人達に、将来独立した研究者として活躍できる力を養える教育にも全力を注いでいます。

主な研究テーマ

突然変異の発生と抑制の分子機構(図1

  • DNA複製エラーの発生メカニズムと修復機構
  • 活性酸素や栄養環境により生じる突然変異

染色体およびゲノムの維持と再編の分子機構(図2

  • 遺伝子組換えの制御機構
  • DNA損傷応答や細胞周期チェックポイントの役割

DNA複製装置の構造と機能の解明(図3

  • DNAポリメラーゼの生化学的機能
  • 複製フォークの進行の動態や、進行阻害の回復過程

これまでの研究から、DNA上の小さな変化(点突然変異)の発生には、DNA複製の誤り、言い換えると「複製エラー」が第一番目の原因であることが分かってきました(図1)。これに加えて、細胞内での酸素呼吸などで生じる活性酸素などがDNAに傷を与え(図1の自然DNA損傷)、その結果として複製エラーが誘発されることも突然変異の重要なもう一つの原因となっています。ただし、これらの複製エラーやDNA損傷の大部分は、細胞が持つ多数のDNA修復機構(図1図2)やDNA損傷応答機構(チェックポイント機構)により巧妙にかつ高い効率で取り除かれ、普通の環境中で生育する細胞の突然変異(自然突然変異)は非常に低い頻度でしか生じないように制御されています。私たちは、酸化損傷と修復機構のDNA合成エラーが希に生じる自然突然変異の重要な原因であることを、大腸菌(図4-C)を使って明らかにしてきました(図4-A)。

私たちは、「遺伝情報の正確な伝達機構」や「突然変異の発生機構の解明」が生物の本質的な理解に必須であるにも拘わらずほとんど手が付けられていない課題であると考えています。また、この問題にアプローチするためには、DNA複製装置の働き(図3)やゲノム上の複製フォークの動態(図4-D)についても理解を深めることが重要です。以上の観点から、材料としては主に大腸菌(図4-C)を用いて、分子遺伝学と本格的な生化学の手法(図4-A,B)を駆使しながら多面的な研究を精力的に推進しています。

(図1) 自然突然変異の発生原因として複製エラーと自然DNA損傷が重要です。これらの原因による突然変異の発生は多段階の機構で抑制されています。
(図1) 自然突然変異の発生原因として複製エラーと自然DNA損傷が重要です。これらの原因による突然変異の発生は多段階の機構で抑制されています。
(図2) DNA損傷により複製フォークの進行が阻害された時、その解消法には組換え修復、複製フォーク後退、損傷乗り越えDNA合成の3つがあります。
(図2) DNA損傷により複製フォークの進行が阻害された時、その解消法には組換え修復、複製フォーク後退、損傷乗り越えDNA合成の3つがあります。
(図3) 真核生物の複製フォークでは、三種類の複製型DNAポリメラーゼが協調して効率良いDNA複製を行い複製エラーの発生を低く抑えています。DNA損傷で停止した複製フォークでは、真核生物でも大腸菌でも特別なバイパスDNAポリメラーゼが働きます。
(図3) 真核生物の複製フォークでは、三種類の複製型DNAポリメラーゼが協調して効率良いDNA複製を行い複製エラーの発生を低く抑えています。DNA損傷で停止した複製フォークでは、真核生物でも大腸菌でも特別なバイパスDNAポリメラーゼが働きます。
(図4) 突然変異の研究(A)、複製酵素の精製と生化学的解析(B)、細胞生物学(C)、複製フォークの進行速度の一分子解析(D)を、大腸菌を用いて行っています。
(図4) 突然変異の研究(A)、複製酵素の精製と生化学的解析(B)、細胞生物学(C)、複製フォークの進行速度の一分子解析(D)を、大腸菌を用いて行っています。

主な発表論文・著作

  1. H. Maki, Annual Review of Genetics, 36, 279-303, 2002
  2. K. Hasegawa et al., Genes to Cells, 13, 459-469, 2008
  3. S. Ide et al., Science, 327, 639-696, 2010
  4. M. Ikeda et al., Nucleic Acid Res., 42, 8461-8472, 2014
  5. KW. Tan et al., Nucleic Acid Res., 43, 1714-1725, 2015
  6. HP. Lai et al., Genes to Cells, 20, 817-833, 2015
  7. C.T. Lim et al., Nucleic. Acid Res., 43, 9804-16, 2015
  8. M.T. Akiyama et al., Genes to Cells, 21, 907-914, 2016