Letter 細胞：RecAによるDNA対形成の単一分子画像化によって、相同性検索が三次元的に行われることが明らかになった 2012年2月16日 Nature 482, 7385 doi: 10.1038/nature10782 DNA切断は、相同組換えによって忠実に修復できる。このDNA鋳型依存性修復に必要な、広範囲に存在するタンパク質がRecAである。RecAは、切断DNAを再切断して一本鎖DNA（ssDNA）を作り、次いでこのssDNA上で集合してフィラメントを形成する。このフィラメントは、ssDNAに相同なDNA配列を二本鎖DNA（dsDNA）の中から探し出すという独特な能力を持つ。組換えDNA修復にはこの相同性検索が不可欠であり、検索の結果、DNA鎖の相同な対形成と交換が起こる。相同な対形成では、RecA-ssDNA複合体によって、DNA塩基配列特異的に標的が配置される。何十年もの研究にもかかわらず、この検索過程の仕組みはまだ解明されていない。RecAはDNA依存性のATPアーゼだが、DNAの対合と鎖交換にはATPの加水分解が不要であることから、能動的な検索過程の存在は除外される。今回我々は、デュアル光ピンセットによってDNAを操作し、単一分子蛍光顕微鏡法を用いてDNAの対形成を画像化することにより、dsDNA標的の三次元のコンホメーション状態と、相同なRecA-ssDNAフィラメントの長さの両方が、相同性検索に重要な役割を担うことを明らかにした。標的dsDNA分子の端から端までの距離が長くなるにつれて、分子の取り得る三次元（3D）コンホメーションが限られるようになり、相同対の形成速度が低下することがわかった。逆に、核タンパク質フィラメント中のssDNAが長くなるほど、相同性は早く見つかるようになる。我々は、「セグメント間接触サンプリング（intersegmental contact sampling）」と名付けたDNA相同性検索過程のモデルを考案した。このモデルでは、RecA核タンパク質フィラメントに備わっている多価性を用いて、DNAの3Dドメイン中のDNA塩基配列空間の検索が行われ、多数の弱い接触を活用して迅速に相同性検索が行われる。これらの知見は、DNA 3Dコンホメーションの動的変化の重要性をはっきり示しており、相同性検索のこれまで知られていなかった性質を明らかにし、タンパク質の普遍的ファミリーの1つに属するRecAがDNA標的の所在場所を検索する仕組みについての手がかりを与えている。 Full Text PDF 目次へ戻る
