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減数分裂期組換え−組換え蛋白質の機能と染色体構造−
小川 智子（国立遺伝学研究所・細胞遺伝研究部門）
我々は大腸菌の遺伝的組換えとSOS応答反応で中心的役割を担うrecA遺伝子をクローニングし、その蛋白質の活性を見つけ、機能と構造の解析を行ってきた1,2,3。近年、このRecA蛋白質と機能的に、また、構造的に非常に似ている酵母の組換え蛋白質をコードする遺伝子RAD51見つけた4,5。そしてこの遺伝子が高い相同性をもって生物全般に存在することを示し6、生物には共通な組換え機構が存在することを示唆した。更に、マウスRad51蛋白質は減数分裂期組換えが盛んな精巣や卵巣、抗体産生を行う胸腺や脾臓、また、細胞増殖の活発な胚でその発現が高いこと、他の臓器でも発現量は低いが恒常的に発現していることから、Rad51蛋白質は組換えの他に、RecA蛋白質と同じように、DNAの複製や、薬剤や電離放射線によるDNA傷害の修復に関与していることを示唆した6。このように、同一蛋白質が異なった機構で働くことは、Rad51蛋白質の機能に多面性があり、共同で働く蛋白質や働く場（染色体構造）に違いのあることを示している。
このRad51蛋白質と共同で働く遺伝子としてRAD52遺伝子を単離した7。RAD52遺伝子も真核生物に広く存在するが、Rad51とRad52の共同作用には種間で特異性があった8。その原因はRad52蛋白質のＣ末端側半分が種間で異なっているためと考えられる8。
減数分裂期では染色体構造のダイナミックな変化が起こり、高頻度で組換えが起こる。この組換えは二重鎖切断によって開始し、この領域を組換えのホットスポットと呼ぶ。我々は、この減数分裂期組換えの開始、両親由来のDNA間で起こる組換え、相同染色体の入れ換えが起こる時期に関与する組換え蛋白質の局在を染色体上に明かにすれば、組換えを行う複合体の単離や、複合体を構成する蛋白質の同定が可能になり、真核生物の組換え機構や組換えを行う染色体構造が明かにできると考えた。そこで、マウスとユリの減数分裂期の染色体の特徴を生かした解析で、Rad51とLim15蛋白質（減数分裂期に特異的に発現するRecA様の蛋白質で、酵母ではDmc1と命名されている）が染色体上にどのように分布するかを調べた9,10。Rad51とLim15蛋白質は減数分裂期初期で起こる染色体の相同性の検索、対合時にクロマチンの同じ領域に存在し、共同で働くことがわかった。その後、Rad51は染色体間の交換に関与すると考えられているキアズマに存在した。一方、Lim15は相同染色体の対合が完了する時期から染色体の分配が行われる時期に、染色体の両端にあるテロメア領域に存在し、テロメアの組換え、または、染色体分配に関与することが示唆された。
このように、組換え蛋白質は第一減数分裂期の過程を通して他のいくつかの蛋白質と相互作用することで、DNAレベルでの組換え、相同染色体の対合、交換、分配等で働いていることが示された11。
文 献
1. T. Ogawa, H. Wabiko, T. Tsurimoto, T. Horii, H. Masukata and H. Ogawa, Characterization of purified RecA protein and the regulation of its synthesis in vivo.. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 43, 909-915 (1978).
2. T. Horii, T. Ogawa and H. Ogawa, Organization of the recA gene of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 313-317 (1980).
3. T. Horii, T. Ogawa, T. Nakatani, T. Hase, H. Matsubara and H. Ogawa, Regulation of SOS functions: Purification of E. coli LexA protein and determination of its specific site cleaved by the RecA protein. Cell 27, 515-522 (1981).
4. A. Shinohra, H. Ogawa, and T. Ogawa, Rad51 protein involved in repair and recombination in S. cerevisiae is a RecA-like protein. Cell, 69, 457-470 (1992).
5.T. Ogawa, X. Yu, A. Shinohara, and E. H. Egelman, Similarity of the yeast Rad51 filament to the bacterial RecA filament. Science, 259 1896-1899 (1993).
6. A. Shinohara, H. Ogawa, Y. Matsuda, K. Ikeo, N. Ushio and T. Ogawa, Cloning of human, mouse and fission yeast recombination genes homologous to RAD51 and recA.. Nature Genetics, 4, 239-243 (1993).
7. K. Adzuma, T. Ogawa and H. Ogawa, Primary structure of the RAD52 gene in Saccharomyces cerevisiae. Mol. Cell. Biol., 4, 2753-2744 (1984).
8. T. Ogawa, A. Shinohara, A. Nabetani, T. Ikeya, X. Yu, E. H. Egelman and H. Ogawa. RecA-like recombination proteins in eukaryotes: Functions and structures of RAD51 genes. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58, 567-576, (1994).
9. M. Terasawa, A. Shinohara, Y. Hotta, H. Ogawa and T. Ogawa, Localization of RecA-like recombination proteins on chromosomes of the lily at various meiotic stages. Genes & Dev., 9, 925-934, (1995).
10. T. Ikeya, A. Shinohara, S. Sato, S.Tabata and T. Ogawa, Localization of Mouse Rad51 and Lim15 on Meiotic Chromosomes at Late Stages of Prophase 1, Genes to Cells, 1, 379-389, (1996).
11. A. Shinohara and T. Ogawa, Homologous recombination: Role of doubl-strand breaks. TiBS, 20, "DNA Repair" A secial issue, 387- 391, (1995).