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RecA

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
recAバクテリアDNA組くみ換かえタンパク質たんぱくしつ
RecAタンパク質たんぱくしつとrecA DNAの複ふく合体がったいの結晶けっしょう構造こうぞう。PDB ID: 3cmt.[1]
識別子しきべつし
略号りゃくごう RecA
Pfam PF00154
Pfam clan CL0023
InterPro IPR013765
PROSITE PDOC00131
SCOP 2reb
SUPERFAMILY 2reb
利用りよう可能かのうな蛋白質たんぱくしつ構造こうぞう:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
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RecAはDNAでの維持いじと修復しゅうふくに重要じゅうような38kDaのタンパク質たんぱくしつである[2]。RecAの構造こうぞう的てき・機能きのう的てき相あい同どう体からだはDNA修復しゅうふくタンパク質たんぱくしつが発見はっけんされている全すべての種たねから見みつかっている。相あい同どうタンパク質たんぱくしつは真ま核かく生物せいぶつではRad51、古こ細菌さいきんではRadAと呼よばれている[3][4]。

RecAには多おおくの活性かっせいがあるが、その全すべてがDNA修復しゅうふくに関かんするものである。細菌さいきんのSOS応答おうとう（英語えいご版ばん）でリプレッサーLex Aとリプレッサー λらむだ（英語えいご版ばん）の自じ触媒しょくばい開ひらき裂きれにおいて[5]プロテアーゼ活性かっせいを促進そくしんする機能きのうを持もつ[6]。

RecAとDNAの会合かいごうの多おおくは相あい同どう組くみ換かえ（英語えいご版ばん）によって起おこる。RecAタンパク質たんぱくしつはssDNA（一本いっぽん鎖くさりDNA）に長ながいクラスターの形かたちで強つよく結合けつごうして核かくタンパク質たんぱくしつタンパク繊維せんい（英語えいご版ばん）を作つくる。そのタンパク質たんぱくしつは1つ以上いじょうのDNA結合けつごう部位ぶいをもち、一本いっぽん鎖くさりDNAと二に本ほん鎖くさりDNAを両方りょうほう抱かかえ込こむことができる。これによりDNAの二に重じゅうらせんと一本いっぽん鎖くさりの相補そうほ部位ぶいの対たい合ごう (生物せいぶつ学がく)（英語えいご版ばん）反応はんのうを触媒しょくばいできるようになる。RecAとssDNAの繊維せんいは配列はいれつ相しょう同性どうせい（英語えいご版ばん）を持もつ二に重じゅうらせんDNAを探さがす。その探索たんさくプロセスによりDNAの二に重じゅうらせんが引ひき伸のばされ、相補そうほ的てき配列はいれつの認識にんしきに至いたる。このプロセスは配はい座ざ選択せんたくと呼よばれる[7][8]。反応はんのうによって2つのDNAのらせんの組くみ換かえが始はじまる。対たい合ごうが終おわると、ヘテロ二に本ほん鎖くさり（英語えいご版ばん）領域りょういきで分岐ぶんき点てん移動いどうという反応はんのうが始はじまる。分岐ぶんき点てん移動いどうは対たいになっていない領域りょういきの一本いっぽん鎖くさりDNAが対たいになっている領域りょういきの片方かたがたの塩基えんき鎖くさりを置おき換かえ、全体ぜんたいの塩基えんき数すうを変かえることなく分岐ぶんき点てんのみを動うごかす反応はんのうである。この変化へんかは自発じはつ的てきに起おこるが、両方向りょうほうこうに対たいして等ひとしく進すすむため、効率こうりつよく置おき換かえているとは言いいがたい。RecAタンパク質たんぱくしつは一方向いちほうこうへの分岐ぶんき点てん移動いどうを触媒しょくばいし、数すう千せん塩基えんき対たいにも及およぶ二に重じゅうらせんDNAの完全かんぜんな置おき換かえを可能かのうにする。

RecAはDNAに依存いぞんするATPアーゼであるため、RecAにはATPを加水かすい分解ぶんかいする部位ぶいも含ふくまれている。RecAはATPと結合けつごうしているとき、ADPと結合けつごうしているときよりDNAとより強つよく結合けつごうする。

大腸菌だいちょうきんでは、DNA複製ふくせいの後のちの姉妹しまい染色せんしょく分ぶん体からだがまだ近ちかい段階だんかいでRecAを介かいして相あい同どう組くみ換かえが起おこる。RecAは相あい同どう対たい合ごう、相あい同どう組くみ換かえ、引ひき離はなされた姉妹しまい染色せんしょく分ぶん体たいの片方かたがたのDNAの切断せつだん修復しゅうふくの全すべてを仲介ちゅうかいする[9]。

RecAが欠損けっそんしている大腸だいちょう菌株きんしゅは分子生物学ぶんしせいぶつがくでのクローニング（英語えいご版ばん）に有用ゆうようである。大腸だいちょう菌株きんしゅに、遺伝子いでんし操作そうさによりrecA突然変異とつぜんへんい型かた遺伝子いでんしが導入どうにゅうされると、プラスミドとして知しられる染色せんしょく体外たいがいDNAが安定あんてい化かされる。形質けいしつ転換てんかんと呼よばれるプロセスにおいては、プラスミドDNAが様々さまざまな状況じょうきょうでバクテリアに取とり込こまれる。遺伝子いでんし外がいのプラスミドを取とりこんだバクテリアは形質けいしつ転換てんかん体たいと呼よばれる。形質けいしつ転換てんかん体たいは、回復かいふくして他たのことに使つかえるように細胞さいぼう分裂ぶんれつの間あいだずっとプラスミドを保持ほじする。RecAタンパク質たんぱくしつの機能きのうがない場合ばあい、遺伝子いでんし外がいのプラスミドDNAはバクテリアによる変化へんかを受うけない。細胞さいぼう培養ばいよう地ちからのプラスミドの精製せいせいによりPCRによって得えられたプラスミドの忠実ちゅうじつな増幅ぞうふくが可能かのうになる。

薬くすりのターゲットとしての可能かのう性せい

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ノースカロライナ大学だいがくのウィグル(Wigle)とシングルトン(Singleton)は細胞さいぼう内ないでRecAの機能きのうを阻害そがいする小ちいさな分子ぶんしが新あたらしい抗生こうせい物質ぶっしつの合成ごうせいに有用ゆうようである可能かのう性せいを示しめした[10]。多おおくの抗生こうせい物質ぶっしつがDNAにダメージを与あたえ、全すべてのバクテリアはそのダメージの修復しゅうふくをRecAに依存いぞんしていることから、RecAの阻害そがい剤ざいはバクテリアへの細胞さいぼう毒性どくせい強化きょうかに寄与きよする可能かのう性せいがある。さらにRecAの活動かつどうは耐たい性せい菌きんの進化しんかと同時どうじに起おこることから、RecAの阻害そがい剤ざいは耐たい性せい菌きんの出現しゅつげんを抑おさえる、もしくは遅おくらせる効果こうかがある可能かのう性せいがある。

自然しぜん界かいでの形質けいしつ転換てんかんにおけるRecAの役割やくわり

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RecAのシステムにおける分子ぶんしの性質せいしつの分析ぶんせきから、コックス(Cox)はそのデータが”RecAタンパク質たんぱくしつの最もっとも重要じゅうような役割やくわりはDNA修復しゅうふくにある”と結論けつろんづけた[11]。RecAについてのさらなる分析ぶんせきから、コックスはそのデータが”RecAタンパク質たんぱくしつがDNA修復しゅうふくシステムにおける中心ちゅうしん的てきな要素ようそとして遺伝子いでんし多様たよう性せいの副産物ふくさんぶつとして進化しんかしてきた"とした[12]。

天然てんねん型がたバクテリアの形質けいしつ転換てんかんには、あるバクテリア（多おおくは同種どうしゅ）間あいだのDNA伝播でんぱと、RecAタンパク質たんぱくしつが仲介ちゅうかいするドナーのDNAとレシピエントの染色せんしょく体たいを相あい同どう組くみ換かえが関かかわっている。RecAが中心ちゅうしん的てきな役割やくわりを果はたす形質けいしつ転換てんかんがこのプロセスを実行じっこうするために特徴とくちょう的てきに相互そうご作用さようする多おおくの遺伝子いでんし生成せいせい物ぶつ（例れい:枯草かれくさ菌きんの場合ばあいは約やく40種しゅ）に依存いぞんすることは、DNA伝播でんぱに適応てきおうするように進化しんかしていることを示しめしている。枯草かれくさ菌きんの場合ばあいは伝播でんぱしたDNAの長ながさは1/3にもなり、染色せんしょく体たいの長ながさに匹敵ひってきするほどにもなりうる[13][14]。バクテリアの染色せんしょく体たいの外部がいぶのDNAを組くみ込こむ場合ばあい、まず最初さいしょに菌きんをDNAを取とり込こめる状態じょうたいにしなければならない。形質けいしつ転換てんかんは原核げんかく生物せいぶつではよく起おこることであり、これまでに67種たねの生物せいぶつが形質けいしつ転換てんかんを起おこしうることが知しられている[15]。

形質けいしつ転換てんかんで最もっとも研究けんきゅうされている生物せいぶつの一ひとつが枯草かれくさ菌きんである。このバクテリアでは、RecAタンパク質たんぱくしつが新あらたに入はいる一本いっぽん鎖くさりDNA(ssDNA)と相互そうご作用さようし、繊維せんい構造こうぞうを作つくる[16]。これらのRecA/ssDNA繊維せんいはコンピテント機構きこうを持もち、細胞さいぼう質しつ基質きしつまで広ひろがる細胞さいぼう極きょくから生成せいせいする。RecA/ssDNA繊維せんいは、染色せんしょく体たいに存在そんざいし、相あい同どう的てき領域りょういきを読よみとるヌクレオフィラメントであると考かんがえられている。このプロセスによって新あたらしく入はいったDNAが枯草かれくさ菌きんの染色せんしょく体内たいないでなじみ、遺伝子いでんし情報じょうほうの書かき換かえが発生はっせいする。

ミショッド(Michod)らは、RecAが仲介ちゅうかいする形質けいしつ転換てんかんが枯草かれくさ菌きんと同様どうように淋菌りんきん、インフルエンザ菌きん、肺炎はいえんレンサ球菌きゅうきん、ミュータンス菌きんなどでもDNA修復しゅうふくのための相あい同どう組くみ換かえへの適応てきおうであるということの根拠こんきょを示しめした[17]。ヒトにとっての病原菌びょうげんきんの場合ばあい、これらは宿主しゅくしゅによる酸化さんか的てき防御ぼうぎょから身みを守まもらなければならないため、RecAが仲介ちゅうかいするDNAダメージの修復しゅうふくが細菌さいきんに大おおきな利益りえきをもたらしていると考かんがえられている。

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
  1. ^ Chen, Z.; Yang, H.; Pavletich, N. P. (2008). “Mechanism of homologous recombination from the RecA–ssDNA/dsDNA structures”. ネイチャー 453 (7194): 489–4. doi:10.1038/nature06971. PMID 18497818. 
  2. ^ Horii T.; Ogawa T.; Ogawa H. (1980). “Organization of the recA gene of Escherichia coli.”. 米国べいこく科学かがくアカデミー紀要きよう 77 (1): 313–317. doi:10.1073/pnas.77.1.313. PMC 348260. PMID 6244554. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC348260/. 
  3. ^ Shinohara, Akira; Ogawa, Hideyuki; Ogawa, Tomoko. “Rad51 protein involved in repair and recombination in S. cerevisiae is a RecA-like protein”. セル 69 (3): 457–470. doi:10.1016/0092-8674(92)90447-k. https://doi.org/10.1016/0092-8674(92)90447-K. (著者ちょしゃ:篠原しのはら彰あきら、小川おがわ英行ひでゆき、小川おがわ智子さとこ（大阪大学おおさかだいがく蛋白質たんぱくしつ研究所けんきゅうじょ）)
  4. ^ Seitz, Erica M.; Brockman, Joel P.; Sandler, Steven J.; Clark, A. John; Kowalczykowski, Stephen C. (1998-05-01). “RadA protein is an archaeal RecA protein homolog that catalyzes DNA strand exchange” (英語えいご). ジーンズ・アンド・ディベロップメント 12 (9): 1248–1253. doi:10.1101/gad.12.9.1248. ISSN 0890-9369. PMC 316774. PMID 9573041. http://genesdev.cshlp.org/content/12/9/1248. 
  5. ^ Little JW (1984). “Autodigestion of lexA and phage lambda repressors”. 米国べいこく科学かがくアカデミー紀要きよう 81 (5): 1375–1379. doi:10.1073/pnas.81.5.1375. PMC 344836. PMID 6231641. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC344836/. 
  6. ^ Horii T.; Ogawa T.; Nakatani T.; Hase T.; Matsubara H.; Ogawa H. (1981). “Regulation of SOS functions: Purification of E. coli LexA protein and determination of its specific site cleaved by the RecA protein.”. セル 27 (3): 515–522. doi:10.1016/0092-8674(81)90393-7. PMID 6101204. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0092867481903937. 
  7. ^ “RecA-mediated homology search as a nearly optimal signal detection system”. Molecular Cell（英語えいご版ばん） 40 (3): 388–96. (2010). doi:10.1016/j.molcel.2010.10.020. PMID 21070965. 
  8. ^ “Mechanism of Homology Recognition in DNA Recombination from Dual-Molecule Experiments”. Molecular Cell 46 (5): 616–624. (2012). doi:10.1016/j.molcel.2012.03.029. PMID 22560720. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276512002675. 
  9. ^ “RecA bundles mediate homology pairing between distant sisters during DNA break repair”. ネイチャー 506 (7487): 249–53. (2014). PMC 3925069. PMID 24362571. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3925069/. 
  10. ^ “Directed molecular screening for RecA ATPase inhibitors”. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters（英語えいご版ばん） 17 (12): 3249–53. (June 2007). doi:10.1016/j.bmcl.2007.04.013. PMC 1933586. PMID 17499507. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1933586/. 
  11. ^ Cox MM (June 1991). “The RecA protein as a recombinational repair system”. Molecular Microbiology（英語えいご版ばん） 5 (6): 1295–9. doi:10.1111/j.1365-2958.1991.tb00775.x. PMID 1787786. 
  12. ^ Cox MM (September 1993). “Relating biochemistry to biology: how the recombinational repair function of RecA protein is manifested in its molecular properties”. BioEssays（英語えいご版ばん） 15 (9): 617–23. doi:10.1002/bies.950150908. PMID 8240315. 
  13. ^ “Incorporation of the whole chromosomal DNA in protoplast lysates into competent cells of Bacillus subtilis”. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 65 (4): 823–9. (April 2001). doi:10.1271/bbb.65.823. PMID 11388459. 
  14. ^ “Fate of transforming bacterial genome following incorporation into competent cells of Bacillus subtilis: a continuous length of incorporated DNA”. Journal of Bioscience and Bioengineering（英語えいご版ばん） 101 (3): 257–62. (March 2006). doi:10.1263/jbb.101.257. PMID 16716928. 
  15. ^ “Natural genetic transformation: prevalence, mechanisms and function”. Research in Microbiology 158 (10): 767–78. (December 2007). doi:10.1016/j.resmic.2007.09.004. PMID 17997281. 
  16. ^ “Intracellular protein and DNA dynamics in competent Bacillus subtilis cells”. セル 122 (1): 73–84. (July 2005). doi:10.1016/j.cell.2005.04.036. PMID 16009134. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092-8674(05)00551-9. 
  17. ^ “Adaptive value of sex in microbial pathogens”. Infection, Genetics and Evolution（英語えいご版ばん） 8 (3): 267–85. (May 2008). doi:10.1016/j.meegid.2008.01.002. PMID 18295550. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1567-1348(08)00004-X. 

参考さんこう文献ぶんけん

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