遺伝制御科学特別研究ユニット

この研究室では、２つのDNAを、共通配列を糊代にしてつなぎ換える「相同（DNA）組換え」という遺伝現象に注目しています。相同組換えは、DNA二本鎖切断修復を行うことでゲノムを保全する、また、有性生殖では配偶子形成とゲノムを多様化することで環境に適応する働きをします。また、既存の遺伝子をシャッフルし、効率よく新しい遺伝子を生み出す力があり、特に高等動植物では生体防御に働いています。相同組換え不全はもちろん、過剰な相同組換えはかえってゲノムの安定性を乱し、ともにガンなど疾患の原因ともなります。細胞が組換えを何時、ゲノムの何処で、どの程度に、何を相手に行うかが相同組換えについての重要な研究課題です。私たちは、相同組換え開始とその制御の機構を、分子の化学反応として理解することを目指しています。さらに、その成果をもとに作物などの育種、疾患予防や医療、新規物質と触媒提供に役立つ制御と予知が可能な新技術への橋渡しを視野にいれています。そのために、生化学、NMR等による分子構造解析など試験管内での解析を基礎に、分子遺伝学の手法まで必要に応じて使っています。組換え相手の選択をきめるDループを伴うヘテロ二重鎖組換え中間体形成（相同DNA対合）の分子機構、イネとシロイヌナズナで組換えの場所と時期を決める減数分裂期相同組換え開始酵素の分子機能解明、また、組換えの未知の機能を明らかにしつつあるミトコンドリアDNAの組換え依存的複製･分配機構と細胞質遺伝機能などを研究しています。生物個体を使わない迅速単クローン抗体製造技術（ADLib System）は、このような基礎研究から生み出され、その技術を基に既に新企業が成長しています。このように、遺伝動態に働く原理についての理解を図り、未来技術の芽を提供していきます。

研究テーマ

• 相同DNA組換え開始制御機構についての生化学、構造・分子生物学
• 高等植物のGene conversion開始制御機構の活用による新世代ゲノム加工技術
• ミトコンドリア遺伝での遺伝的組換えの機能

主要論文

1. Shingu, Y., Tokai, T., Agawa, Y., Toyota, K., Ahamed, S., Kawagishi-Kobayashi, M., Komatsu, A., Mikawa, T., Yamamoto, M. T., Wakasa, K., Shibata, T. and Kusano, K.:
   "The double-stranded break-forming activity of plant SPO11s and a novel rice SPO11 revealed by a Drosophila bioassay"
   BMC Mol. Biol., 13, 1 (2012)
2. Arai, N., Kagawa, W., Saito, K., Shingu, Y., Mikawa, T., Kurumizaka, H. and Shibata, T.:
   "Vital roles of the second DNA-binding site of Rad52 in yeast homologous recombination"
   J. Biol. Chem., 286, 17607-17617 (2011)
3. Inoue, J., Nagae, T., Mishima, M., Ito, Y., Shibata, T. and Mikawa, T.:
   "A mechanism for SSB displacement from single-stranded DNA upon SSB-RecO interaction"
   J. Biol. Chem., 286, 6720-6732 (2011)
4. Ling, F., Mikawa, T. and Shibata, T.:
   "Enlightenment of yeast mitochondrial homoplasmy: diversified roles of gene conversion"
   Genes, 2, 169-190 (2011)
5. Masuda, T., Ito, Y., Terada, T., Shibata, T. and Mikawa, T.:
   "A non-canonical DNA structure enables homologous recombination in various genetic systems"
   J. Biol. Chem., 284, 30230-30239 (2009)
6. Seo, H., Masuoka, M., Murofushi, H., Takeda, S., Shibata, T. and Ohta, K.:
   "Rapid generation of specific antibodies by enhanced homologous recombination"
   Nature Biotechnol., 23, 731-735 (2005)
7. Kagawa, W., Kurumizaka, H., Ikawa, S., Yokoyama, S. and Shibata, T.:
   "Homologous pairing promoted by the human Rad52 protein"
   J. Biol. Chem., 276, 35201-35208 (2001)
8. Shibata, T., Nishinaka, T., Mikawa, T., Aihara, H., Kurumizaka, H., Yokoyama, S. and Ito, Y.:
   "Homologous genetic recombination as an intrinsic dynamic property of a DNA structure induced by RecA/Rad51-family proteins: A possible advantage of DNA over RNA as genomic material"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 8425-8432 (2001)
9. Nishinaka, T., Ito, Y., Yokoyama, S. and Shibata, T.:
   "An extended DNA structure through deoxyribose-base stacking induced by RecA protein"
   Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 94, 6623-6628 (1997)
10. Shibata, T., DasGupta, C., Cunningham, R. P. and Radding, C. M.:
    "Purified Escherichia coli recA protein catalyzes homologous pairing of superhelical DNA and single-stranded fragments"
    Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 1638-1642 (1979)