高校生物の教科書にも載っている基本原理「DNA複製が複製起点から二方向に進む」：そのメカニズムが初めて理解できるように
薬学研究院
片山 勉 教授
ポイント
・染色体DNAの二方向複製は、分子生物学の基本原理であり高校生物の教科書にも載っている。しかしながら、この原理を支える分子機構は解明されていなかった。
・DNA複製装置を先導するタンパク質因子（ヘリカーゼ）が複製起点に２つ結合して、相互依存的な制御により協調して、それぞれ反対方向（左右の二方向）に進行する分子機構が解明された。
・広く知られている生物学の自然法則が合理的に理解できるようになった。細胞増殖の制御機構や制御薬剤の研究に大きく貢献することが期待される。
概要
染色体DNAでは複製起点から左右の二方向に複製反応が進みます。これは生物学の基本原理であり、高校理科の生物でも学習します。実際、高校生物の教科書では、複製反応を先導するヘリカーゼが複製起点に二分子結合すること、そして、それらがそれぞれ反対方向（左右の二方向）に進むことによって二方向複製に至る、と記載されています。ヘリカーゼは一本鎖DNAに結合して進行しながら、先方の二重鎖DNAを巻き戻し、一本鎖DNA化してゆく酵素です。生じた一本鎖DNAに複製装置が結合してDNA複製を進めます。しかし、複製起点において、二分子のヘリカーゼがほぼ同時にそれぞれの方向に進むメカニズムは理解されていませんでした。
今回の研究成果では、複製起点において、二分子のヘリカーゼが相互依存的な分子機構によって協調することが解明されました。これによって、二分子のヘリカーゼがほぼ同時にそれぞれ左右の二方向に進むようになるのです。
九州大学大学院薬学研究院分子生物薬学分野の片山 勉教授、尾﨑省吾准教授、加生和寿助教、同大学院薬学府の鶴田 匠（博士課程３年生）らの研究グループは、大腸菌の複製起点においてDnaAタンパク質とDNA屈曲因子IHFにより形成される開始複合体とDnaBヘリカーゼとの相互作用や分子動態を複製開始プロセスの各段階ごとに詳細に解析しました。開始複合体は複製起点のDNAを局所的に一本鎖化し、二分子のDnaBヘリカーゼを結合します（図１[1]）。そして、二分子のヘリカーゼの一本鎖への結合は順次個々に起こる一方（図１[2]-[3]）、その進行は相互依存的な共役によって起こることがわかりました（図１[3]-[4]-[5]）。つまり、１個めのDnaBヘリカーゼの進行は２個めのDnaBヘリカーゼの一本鎖DNA結合によって起こり（図１[3]）、２個めのDnaBヘリカーゼの進行は１個めのDnaBヘリカーゼの進行とSSB (一本鎖結合タンパク質)の結合によって起こります（図１[4]-[5]）。
このように二方向性複製という自然法則のしくみが合理的に理解できるようになりました。細胞増殖の制御機構や制御薬剤の研究に大きく貢献することも期待されます。
本研究成果は国際的な学術ジャーナル「Nucleic Acids Research」に2026年1月21日（水）午前9時1分（日本時間）に掲載されました。
研究者からひとこと
私たちは生物学における自然法則の発見と理解を目指しています。今回は高校理科の生物でも学習する「染色体複製の二方向性」を支える、複製起点でのメカニズムの解明に成功しました。これは自然法則の理解にとって不可欠なものです。そればかりでなく、そこにある巧妙なメカニズムは自然の美のひとつと言えるでしょう。対称性を支えるための非対称性ということにも奥深さを感じますね。（片山 勉）
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