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助成番号 １６０７６４
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

オーキシンデグロン技術を利用したゲノム安定維持メカニズムの解明

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Revealing the mechanism for genome maintenance by use of the auxin-inducible degron
technology

研
究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） カネマキ名） マサト

研究期間 Ｂ

２０１６～２０１７年

漢字 ＣＢ

鐘巻将人

報告年度 ＹR

２０１７年

Masato

研究機関名

国立遺伝学研究所

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Kanemaki

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

国立遺伝学研究所・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
ヒト細胞において 2m にも及ぶゲノム DNA を、細胞増殖に際して毎回複製することは、時として危険を伴う。特に複製フォークと DNA ダメージや転写装置との衝突は、複製フォークの停止を引き起こし、その結果として未複製の領域を残してしまう可能性が生じる。細胞はゲノム安定性を維持するため、複製フォーク停止に対処するメカニズムを持つと考えられるが、そのメカニズムはほとんど明らかになっていない。
そこで、複製フォークが不可逆的に停止した際に細胞がどのように DNA 合成を続けて、DNA 複製を完遂するのかを理解するために、複製フォークを進行させる MCM ヘリカーゼサブユニット MCM2 にオーキシンデグロンタグを導入したヒト細胞株を樹立した。この細胞では、オーキシン添加によるレプリソームの破壊により、すべての複製フォークを停止させることができる。この細胞株において、S 期に複製フォークを停止させると、MCM ヘリカーゼが機能しないにもかかわらず、多少の DNA 合成が観察された。その際には DNA 切断が起きており、引き続いて起きる DNA 合成の一部は MCM パラログである MCM8-9 に依存していた。さらに MCM8-9 は相同組換え中に、RAD51 依存的な組換え中間体の DNA 合成を促進していた。遺伝学的な解析から、MCM8-9 依存的 DNA 合成は、過去に報告されていた M 期の DNA 合成とは異なった経路で DNA 合成を促進していることを見出した。
以上の結果から、ヒト細胞は DNA 複製フォークが不可逆的に停止してしまい、DNA 複製が完遂できない際にも、複数のシステムを利用して染色体 DNA 複製を全部終えようとすることが明らかになった。
MCM8-9 依存的 DNA 合成は、RAD51 依存的相同組換えを利用して、S 期に DNA 合成を続けようとする。
一方、M 期に起きる DNA 合成は、RAD52 依存的であることが知られており、この経路には MCM8-9 は必要ない。これらシステムは、ヒト細胞のゲノム安定性維持に寄与していると考えられる。一連の研究成果
は Genes & Development 誌に公表された（Natsume et al. Genes & Development, 2017）。また、オーキシンデグロンに関する総説論文を公表した（Natsume and Kanemaki, Annual Review of Genetics, 2017）。

キーワード ＦＡ

ゲノム維持DNA 複製DNA 修復（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -細胞工学

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Acute Inactivation of the Replication Helicase in Human Cells Triggers MCM8-9 Dependent DNA
Synthesis

著者名 ＧＡ

Natsume et al.

雑誌名 ＧＣGenes & Development

ページ ＧＦ

816～829

発行年 ＧＥ

2

雑誌

17巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ

Conditional Degrons for Controlling Protein Expression at the Protein Level

著者名 ＧＡ

Natsume andKanemaki

雑誌名 ＧＣ

Annual Review of Genetics

ページ ＧＦ83～102

発行年 ＧＥ

2

雑誌

001

7巻号 ＧＤ

3151

論文標題ＧＢ
雑誌著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
It is challenging for human cells to complete DNA replication of all chromosomes, the length of which is about 2 m,during S phase. Collision between the replication and transcription machineries can cause replication fork stalling, whichmight lead to make un-replicated regions in chromosomes. Human cells likely have mechanisms to deal with the problem.
However, little is known about them.
To understand the mechanisms to deal with permanent stalling of replication forks, we generated human cell line, inwhich MCM2, a component of the MCM replicative helicase, was fused with the auxin degron. In these cells, allreplication forks can be stalled by the inactivation of the replisome in S phase. When we induced fork stalling in S phase,
DNA synthesis was observed even in the absence of the functional MCM helicase. DNA double-strand breaks were seenin these cells, followed by DNA synthesis promoted by MCM8-9, a paralog complex of the MCM helicase. MCM8-9
promoted DNA synthesis occurring downstream of RAD51-depndent recombination. Genetic analyses revealed that
MCM8-9 dependent DNA synthesis is distinct from another type of DNA synthesis occurring in mitosis.
From the above study, we concluded that human cells have multiple mechanisms for promoting DNA synthesis whenreplication forks stalled permanently. The MCM8-9-dependent synthesis occurs in S phase in downstream ofRAD51-dependent recombination. The DNA synthesis occurring in mitosis is reported to be dependent on RAD52, anddoes not require MCM8-9. These DNA synthesis mechanisms promote the completion of DNA replication before
chromosome segregation, and are supposed to contribute for maintenance of genome integrity. We published thesefindings in Genes & Development (Natsume et al. Genes & Development, 2017). We also published a review paper on
auxin-idnducible degron technology (Natsume and Kanemaki, Annual Review of Genetics, 2017).

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