【要点】

• DNA相同組換えの中心であるDNA鎖交換反応をリアルタイムで観察
• 触媒のRad51リコンビナーゼが相同配列を見つけて、DNA鎖を交換するしくみを解明
• DNA鎖交換反応の分子機構のシミュレーションに成功

【概要】
　東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センターの岩崎博史教授、伊藤健太郎研究員、同大学 生命理工学院 生命理工学系のTAKAHASHI MASAYUKI特任教授、国立遺伝学研究所の村山泰斗准教授、横浜市立大学の池口満徳教授、理化学研究所の美川務専任研究員らの研究グループは、DNAの相同組換えの中心的な反応であるDNA鎖交換の反応機構を明らかにした。
　相同組換えは、DNA二重鎖切断（用語1）を正確に修復する生理機能であり、遺伝情報の維持や遺伝的多様性の創出にかかわる重要な生命現象である。その中心であるDNA鎖交換反応では、似た配列、すなわち、相同な配列を持つ2組のDNA間で鎖を交換する。この反応はRad51リコンビナーゼ（用語2）によって触媒されることが知られているが、Rad51リコンビナーゼが相同配列を見つけてDNA鎖を交換するしくみは不明であった。
　今回の研究では、DNA鎖交換反応をリアルタイムで観察し、Rad51リコンビナーゼがDNA鎖を交換する反応過程の詳細を明らかにした。さらに、その反応の実際の分子構造をシミュレーションすることに世界で初めて成功した。今回の成果により、相同組換えによるヒトがん抑制の分子機構研究にさらに弾みがつくことが期待される。
　この成果は、6月11日付けの『Nature Communications』に掲載された。

【研究の背景と経緯】

　私たちの体の中にあるDNAは様々な種類の損傷を、細胞1個あたり1日に約10万ヶ所も受けている。なかでもDNAの二重鎖切断は特に重篤な損傷であり、細胞死やがんの引き金となることが知られている。相同組換えはこのDNA二重鎖切断を正確に修復する生理機能であり、すべての生命に普遍的に備わっている。
　相同組換えは多段階の反応が組み合わさって進行する複雑な生命現象である。そのなかで特に重要なステップが、Rad51リコンビナーゼによって触媒されるDNA鎖交換反応である（図1）。この反応では、Rad51リコンビナーゼがDNA二重鎖切断の末端に生じた一本鎖DNA上でらせん状に結合して、フィラメント状の核酸タンパク質複合体を形成する。そのうえで、無傷の二重鎖DNAを捕捉して、相同なDNA配列の検索を行う。相同配列が見つかると、二重鎖DNAが巻き戻されて（用語3）フィラメント中の一本鎖DNAと対合し（DNA鎖交換）、新たな二重鎖DNA （これを「ヘテロ二
重鎖DNA」と呼ぶ）ができる。