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分子生物学（花岡研究室）

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「ゲノム情報維持の分子メカニズム」

生命が正常に営まれるためには、DNAの情報は安定に維持されなければなりません。そのためには、まず細胞が分裂する前にDNAを正確に複製する必要があります。またDNAは放射線、紫外線、食物や環境中の変異原、さらには細胞自身の代謝の過程で生じる活性酸素などによって常に損傷を受けています。これらの損傷はDNAの複製や転写を阻害して、突然変異や細胞死をもたらす結果、細胞のがん化や老化、遺伝病発症などの原因となります。しかしヒトを含めた地球上のすべての生物は、遺伝情報の安定性を保ち、細胞死や突然変異から生体を守るために、DNAの損傷を修復し、遺伝情報を安定に保つための多様な機構を進化の過程で獲得してきました。われわれの研究室では、細胞がゲノムを安定に保ち、がん化や老化から身を守るしくみを分子・細胞・個体のレベルで研究しています。こうした研究によって、がん化や老化を抑制することを目標にしています。



DNAに損傷があると、細胞はチェックポイントという機構で細胞周期をいったん止めて、DNA修復機構によって損傷のない状態にします。しかしDNA複製の途中などで損傷に遭遇した場合には、損傷を乗り越えて複製をする特殊なDNAポリメラーゼが働いて、損傷はそのままにしてDNA複製を終え、後から損傷を修復します。		Pol etaとREV1（いずれも損傷乗り越えDNAポリメラーゼ）がHeLa細胞核の中で共局在している（左）。Pol etaノックアウトマウスの背中に紫外線を照射すると高頻度で皮膚がんが形成される（右）。

損傷乗り越え複製型DNAポリメラーゼ・イータの機能の解析

1999年に我々が発見したDNAポリメラーゼ・イータ（Pol eta）は、主たる紫外線損傷（シクロブタン型ピリミジン二量体; CPD）を正確かつ効率よく乗り越えることが分かっている。一方で、Pol etaは他の損傷乗り越え型DNAポリメラーゼと相互作用することが分かってきたが、その生理的な意味は明らかでない。そこでPol etaが他のポリメラーゼと相互作用する部位に変異を導入し、ポリメラーゼ活性は保持している変異型Pol etaを発現するトランスジェニックマウスを作成し、Pol etaのノックアウトマウスと細胞や個体のレベルで比較することによって、紫外線に抵抗性を示すPol etaの機能を解析する。

DNAポリメラーゼ・イータとDNAポリメラーゼ・イオタの機能の比較

DNAポリメラーゼ・イオタ（Pol iota）は、Pol etaの兄弟分で、アミノ酸配列上は類似している。しかしPol iotaはPol etaと異なり、CPDを乗り越えることが出来ず、もう一つの紫外線損傷（6-4光産物; 6-4PP）に対しては塩基を重合することが出来る。このような試験管内の性質が細胞や個体のレベルでどのように働いているかをPol eta、Pol iotaそれぞれ単独、あるいは両者とも欠損したマウスからの細胞あるいはマウス個体で紫外線やその他のDNA損傷剤に対する感受性を比較することによって調べる。またこれらのマウスで紫外線により誘発される突然変異のスペクトルを比較し、ポリメラーゼとしての性質を考察する。

DNAポリメラーゼ・イータとDNAポリメラーゼ・イオタの発現調節機構の比較

Pol etaやPol iotaの遺伝子発現のメカニズムはまだほとんど解析されておらず、紫外線照射や細胞周期におけるこれら損傷乗り越え複製型DNAポリメラーゼの遺伝子発現がどのように調節されているのか興味が持たれる。またマウスの各組織においても遺伝子発現のレベルが異なるので、その調節がどのようになっているのかを調べることは、それぞれのポリメラーゼが各組織において果たす役割を知る一助となる。

UVAとUVCの細胞に対する影響の比較

実験室で紫外線照射実験をする際には便宜上、UVCを用いるが、実際に地表に届く太陽光の中ではほとんどがUVAである。様々な解析手法によって、UVAもDNAに様々な損傷を誘発することが明らかになりつつある。そこでDNA損傷に感受性のある遺伝病患者由来の細胞などを実験材料として、UVCとUVAの影響を比較し、これらによるDNA損傷とその修復過程を調べ、突然変異の機構を検討する。

分裂酵母をもちいた損傷乗り越え複製反応の分子遺伝学的解析

染色体複製装置の停止から損傷乗り越え反応の開始に至る過程は、複製酵素をはじめとする一群のタンパク質の翻訳後修飾や細胞内のシグナル伝達によって複雑に制御されており、そのメカニズムの詳細は不明な点が多い。そこで遺伝学的操作が比較的簡単で損傷乗り越えに関わる因子の保存性が哺乳類に近い分裂酵母を材料に、遺伝学的手法と生化学的手法を駆使して、複製反応の停止から損傷乗り越え反応への切り替え機構の解明に迫る。

内在性トポイソメラーゼII阻害タンパク質の生理的な役割の研究

トポイソメラーゼIIはDNAに生じた「ねじれ」や「からまり」を解消する酵素で、複製や転写、修復、細胞分裂に伴う染色体分配などに重要な役割を担う。トポイソメラーゼIIの阻害剤のいくつかは、抗がん剤などとして有用である。従来のトポイソメラーゼII阻害剤の多くは、抗生物質や天然物質から化学合成された化合物であるが、我々はトポイソメラーゼIIの酵素活性を阻害する哺乳類細胞由来のタンパク質を同定した。生化学的な解析とノックアウトマウスの表現型解析をとおして、哺乳類細胞における同タンパク質の生理的な役割を研究し、細胞のがん化や老化との関与を検討する。

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生命科学科（学部）、生命科学専攻（大学院）兼務

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