DnaA

Chromosomal replication initiator protein dnaA
識別子
由来生物 Escherichia coli
(str. K-12 substr. MG1655)
3文字略号 DnaA
Entrez（英語版） 948217
RefSeq (Prot) NP_418157.1
UniProt（英語版） P03004
他データ
染色体 genome: 3.88 - 3.88 Mb
検索
構造 Swiss-model
ドメイン InterPro
Bac_DnaA_C
DnaA-box配列と複合体を形成したDnaA ドメインIVの結晶構造
識別子
略号 Bac_DnaA_C
Pfam PF08299
Pfam clan CL0123
InterPro IPR013159
SCOP 1j1v
SUPERFAMILY 1j1v
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
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DnaAは、細菌においてDNA複製の開始過程を活性化するタンパク質である[1]。レプリコンモデルによると、環状染色体上のレプリケーターと呼ばれる特定の地点に活性型イニシエーター分子が接触することでDNA複製は開始される[2]。DnaAは、oriCと呼ばれるレプリケーター領域のDNAの巻き戻しを促進するイニシエーター分子である。DnaAタンパク質は全ての細菌に存在し、染色体の複製を開始するためにDnaA-boxと呼ばれる配列に結合する。DNA複製の開始は、DnaAの濃度によって決定される。DnaAは細胞の成長時に蓄積し、その後複製開始の引き金を引く。複製は、活性型DnaAがoriCの9塩基対（9 bp）の反復配列に結合することで開始される。この結合はDNAのループ形成を引き起こし、ヘリカーゼDnaBによるDNAの融解へ向けて準備を整える[1]。

Bac_DnaA
Aquifex aeolicus由来のAMPPCP結合型DnaAの構造
識別子
略号 Bac_DnaA
Pfam PF00308
Pfam clan CL0023
InterPro IPR013317
PROSITE PDOC00771
SCOP 1j1v
SUPERFAMILY 1j1v
利用可能な蛋白質構造:
Pfam structures
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum structure summary
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機能

DnaAは、活性化状態であるATP結合型、不活性状態であるADP結合型という主に2つの異なる状態が存在する[1][3]。細胞内の活性型DnaAの濃度は細胞分裂の直後には低い状態となっているが、細胞の成長とともに蓄積する[1]。活性型DnaAとなるためにはATPの結合を必要とするが、oriC/DnaA複合体形成とその後のDNAの巻き戻し過程にATPの加水分解が必要とされるわけではない[4]。

大腸菌Escherichia coliのoriC部位には、duplex-unwinding element（DUE）とDnaA-oligomerization region（DOR）と呼ばれる領域存在する。DUEには3つのATリッチな13 bp配列が存在し、そのコンセンサス配列はGATCTNTTNTTTTである。DORはDUEと隣接しており、12個のDnaA-boxが含まれている。これらのDnaA-boxはそれぞれDnaAに対する親和性が異なり、高親和性結合部位はTTATNCACAの9 bpコンセンサス配列と一致するが、低親和性結合部位ではある程度の類似性がみられるのみである。DiaA（DnaA-initiator-associating protein）はDOR上でのATP結合型DnaAの重合を促進し、IHF（integration host factor）はDNAの屈曲を引き起こす。IHF、DiaA、そしてATP-結合型DnaAオリゴマーがoriCに結合することでDUEは巻き戻され、DnaB（ヘリカーゼ）の結合が可能となる[5]。

構造

DnaAは4つのドメインから構成される。N末端のドメインIは調節タンパク質との相互作用を担い、ドメインIIはおそらく構造をとらないリンカー領域である。ドメインIIIはATPを結合するAAA+ ATPアーゼ（英語版）領域であり、C末端のドメインIVはDNA結合領域である[6]。ATPを結合するドメインIIIとDNA結合に関与するドメインIVは保存性が高い[7]。

DnaAの全長構造は報告されていないが、ドメインIはNMR構造が解かれている[8]。ドメインIVに関してはDnaA-boxとの複合体の結晶構造が解かれており、ヘリックスターンヘリックスモチーフによるDNA認識機構が明らかにされている[9]。また、好熱性細菌Aquifex aeolicusではドメインIII、IVの構造が解かれており、ATP結合型DnaAが超らせんフィラメントへと重合することが示されている[10]。

調節

細胞分裂サイクルごとに、イニシエータータンパク質DnaAによって新たな染色体複製が開始される。正しい時期にヘリカーゼをロードし、複製起点のDNAを巻き戻すためには、ATP結合型DnaA単量体とoriCとの相互作用の調節が重要である。大腸菌のoriCでは、複製前複合体の段階的な組み立てを促進するようにDnaA認識部位が配置されている。DnaAはオリゴマー化の進行とともに、高親和性部位の間の隙間を埋めるように結合してゆく（gap-filling）。自然界での細菌の生活環とoriCの機能とを関連づけるgap-filling戦略には多くの機構があり、このことが生物種によるoriC内のDnaA認識部位の配置の多様性の説明となる可能性がある[11]。ATP結合型DnaAは、Hdaタンパク質とDnaN（英語版）からなるRIDA（regulatory inactivation of DnaA）と呼ばれる機構[12]、またはDatA依存的なDnaA結合ATPの加水分解[13]のいずれかの過程でADP結合型へ変換される。ADP結合型DnaAは、DARS1、DARS2と呼ばれる非コードDNA因子によってATP結合型へ再変換される[14]。

また、DnaAは自身の遺伝子のプロモーターにも結合し、細胞内の複製状態に応じて自身の転写を阻害する自己調節が行われていることも示されている[3][15][16][17]。

出典

  1. ^ a b c d Microbiology: an evolving science. New York: W.W. Norton & Co.. (2009). ISBN 978-0-393-97857-5 
  2. ^ Hansen, Flemming G.; Atlung, Tove (2018-02-28). “The DnaA Tale”. Frontiers in Microbiology 9: 319. doi:10.3389/fmicb.2018.00319. ISSN 1664-302X. PMC 5835720. PMID 29541066. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5835720/. 
  3. ^ a b “The DnaA Tale”. Frontiers in Microbiology 9: 319. (2018-02-28). doi:10.3389/fmicb.2018.00319. PMC 5835720. PMID 29541066. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5835720/. 
  4. ^ “Regulating DnaA complex assembly: it is time to fill the gaps”. Current Opinion in Microbiology 13 (6): 766–772. (December 2010). doi:10.1016/j.mib.2010.10.001. PMC 3005629. PMID 21035377. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3005629/. 
  5. ^ Katayama, Tsutomu; Kasho, Kazutoshi; Kawakami, Hironori (2017-12-21). “The DnaA Cycle in Escherichia coli: Activation, Function and Inactivation of the Initiator Protein”. Frontiers in Microbiology 8. doi:10.3389/fmicb.2017.02496. ISSN 1664-302X. PMC 5742627. PMID 29312202. http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2017.02496/full. 
  6. ^ “Mechanisms for initiating cellular DNA replication”. Annual Review of Biochemistry 82: 25–54. (2013-01-01). doi:10.1146/annurev-biochem-052610-094414. PMC 4696014. PMID 23746253. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4696014/. 
  7. ^ “The DNA binding domain of the initiator protein DnaA”. The EMBO Journal 14 (9): 2106–2111. (May 1995). doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb07202.x. PMC 398312. PMID 7744016. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC398312/. 
  8. ^ Abe, Yoshito; Jo, Takaaki; Matsuda, Yusaku; Matsunaga, Chika; Katayama, Tsutomu; Ueda, Tadashi (2007-06-15). “Structure and function of DnaA N-terminal domains: specific sites and mechanisms in inter-DnaA interaction and in DnaB helicase loading on oriC”. The Journal of Biological Chemistry 282 (24): 17816–17827. doi:10.1074/jbc.M701841200. ISSN 0021-9258. PMID 17420252. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17420252. 
  9. ^ Fujikawa, Norie; Kurumizaka, Hitoshi; Nureki, Osamu; Terada, Takaho; Shirouzu, Mikako; Katayama, Tsutomu; Yokoyama, Shigeyuki (2003-04-15). “Structural basis of replication origin recognition by the DnaA protein”. Nucleic Acids Research 31 (8): 2077–2086. doi:10.1093/nar/gkg309. ISSN 1362-4962. PMC 153737. PMID 12682358. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12682358. 
  10. ^ Erzberger, Jan P.; Mott, Melissa L.; Berger, James M. (2006-08). “Structural basis for ATP-dependent DnaA assembly and replication-origin remodeling”. Nature Structural & Molecular Biology 13 (8): 676–683. doi:10.1038/nsmb1115. ISSN 1545-9993. PMID 16829961. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16829961. 
  11. ^ Leonard, Alan C; Grimwade, Julia E (December 2010). “Regulating DnaA complex assembly: it is time to fill the gaps” (英語). Current Opinion in Microbiology 13 (6): 766–772. doi:10.1016/j.mib.2010.10.001. PMC 3005629. PMID 21035377. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3005629/. 
  12. ^ “Hda, a novel DnaA-related protein, regulates the replication cycle in Escherichia coli”. The EMBO Journal 20 (15): 4253–4262. (August 2001). doi:10.1093/emboj/20.15.4253. PMC 149159. PMID 11483528. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC149159/. 
  13. ^ “DnaA binding locus datA promotes DnaA-ATP hydrolysis to enable cell cycle-coordinated replication initiation”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 110 (3): 936–941. (January 2013). Bibcode: 2013PNAS..110..936K. doi:10.1073/pnas.1212070110. PMC 3549119. PMID 23277577. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3549119/. 
  14. ^ “Specific genomic sequences of E. coli promote replicational initiation by directly reactivating ADP-DnaA”. Genes & Development 23 (10): 1221–1233. (May 2009). doi:10.1101/gad.1775809. PMC 2685538. PMID 19401329. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2685538/. 
  15. ^ Braun, Robert E.; O'Day, Kathy; Wright, Andrew (January 1985). “Autoregulation of the DNA replication gene dnaA in E. coli K-12” (英語). Cell 40 (1): 159–169. doi:10.1016/0092-8674(85)90319-8. PMID 2981626. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0092867485903198. 
  16. ^ Atlung, Tove; Clausen, Erik S.; Hansen, Flemming G. (August 1985). “Autoregulation of the dnaA gene of Escherichia coli K12” (英語). Molecular and General Genetics 200 (3): 442–450. doi:10.1007/BF00425729. ISSN 0026-8925. PMID 2995766. http://link.springer.com/10.1007/BF00425729. 
  17. ^ “ATP- and ADP-dnaA protein, a molecular switch in gene regulation”. The EMBO Journal 18 (21): 6169–6176. (November 1999). doi:10.1093/emboj/18.21.6169. PMC 1171680. PMID 10545126. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1171680/. 

関連文献

関連項目

外部リンク