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放射線抵抗性細菌デイノコッカス由来の新規なDNA修復促進蛋白質PprAのDNAとの相互作用解析と結晶化

Analyses of DNA complex and crystallization of the DNA repair promoting protein PprA derived from Deinococcus Radiodurance

安達 基泰; 玉田 太郎; 佐藤 勝也*; 鳴海 一成; 黒木 良太

Adachi, Motoyasu; Tamada, Taro; Sato, Katsuya*; Narumi, Issei; Kuroki, Ryota

放射線抵抗性細菌デイノコッカスは、ヒト細胞の1000倍もの放射線抵抗性を示す。PprAはデイノコッカスより単離された新規なDNA修復促進蛋白質であり、高度放射線抵抗性において最も重要な役割を担っていることがこれまでに報告されている(1)。既にPprAは、別の新規な蛋白質(PprI)の発現誘導下にあること,2本鎖DNAをつなぐ作用(リガーゼ活性)を促進すること、及びDNAに結合能を有することが判明している。本研究では、PprAの構造と機能の関係を解明し、PprAの医療や産業への応用を推進するために、原子分解能レベルの詳細な立体構造解析を目的として研究を推進している。まず、大腸菌発現系を用いて得られたPprAの精製条件の検討を行い、大量調製する方法を確立した。この試料を用いて、結晶化条件をスクリーニングしたところ、微少なPprA単体の結晶化に成功した。PprAとDNAの結合をさまざまな角度から検討した結果、PprAとDNAの複合体において、PprAは1分子のDNA(pUC19,2686bp)に少なくとも280分子結合できることを明らかにした。また、2本鎖DNAの末端あるいはその単鎖部分に切断がある(ニックがある)場合、複数のDNA分子が結合して複合体を形成する可能性を示した。これらのことは、PprAの会合構造と機能発現に関係する重要な知見である。

The resistance of Deinococcus radiodurans to $$gamma$$-ray is 1000 times higher than that of human cells. PprA is the novel protein which promotes repairing DNA, and play a key role in the ability to resist to the radiation. The characterization of PprA have showed: (1) that the expression of PprA is controlled under another novel protein of PprI (2) that PprA promotes ligase reaction: (3) that pprA exhibits the ability to bind on DNA. In this study, our objective is the crystal structure analysis of PprA to reveal its structure-function relationships and for application as genetic and clinical tools. Here, we constructed the E. coli expression and purification system of PprA. Using the purified PprA, some small crystals in size were obtained after screening of conditions for crystalization. Beased on the analyses of DNA-PprA interaction, we showed that 280 molecules of PprA at least can bind on a DNA molecule of pUC19 plasmid (2686bp). In addition, we indicated that several DNA-PprA complexes may form higher complex, when DNA includes terminal end or nick (the cleaved part on a DNA strand). These results are important knowledge in molecular assembly and function of PprA.

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