DNA複製を誘導するBIR（ブレーク誘導レプリケーション）を解明

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DNA複製を誘導するBIR（ブレーク誘導レプリケーション）を解明

アイオワ大学の研究チームは、DNA修復メカニズムを調査しています。すべての生物はDNAを持ち、常時DNA複製を行っています。研究チームは、ブレーク誘導レプリケーション（BIR）を解析し、DNAの正確なコピーについての順序や弊害等を解明しました。

Break-induced replication (BIR) is a way to solve those problems. In humans, it is employed chiefly to repair breaks in DNA that cannot be fixed otherwise. Yet BIR itself, through its repairs to DNA and how it conducts those repairs, can introduce or cause genomic rearrangements and mutations contributing to cancer development.
参照元：https://now.uiowa.edu/2021/01/biologists-unravel-full-sequence-dna-repair-mechanism
– アイオワ大学 University of Iowa. 2021.01.25 | 10:02 AM –

概要：

すべての生物はDNAを持ち、すべての生物はDNA複製に関与している
DNA複製とは、細胞分裂中にDNAが自身の正確なコピーを作成するプロセス
そのプロセスに問題が発生する可能性がある
ブレーク誘導レプリケーション（BIR）は、これらの問題を解決する方法
BIRは、他の方法では修正できないDNAの切断を修復するために使用される
しかしBIRは、DNAの修復と実行プロセスを通じ、癌の発生に寄与するゲノムの再配列と突然変異を導入または引き起こす可能性がある
研究チームは、BIRが修復サイクル全体でどう機能するかを酵母モデルで研究できるようにする新しい技術を開発
それ以前の研究では、科学者はBIRの運用を最初と最後の段階でしか研究できなかった
研究チームは、※DropletDigitalPCRと、生物学の大学院生であるLiping Liuが開発した新しいDNA精製法を使用して、BIRを最初から最後まで観察
結果：
- BIRがDNA複製と出会うと、さらに不安定になり、突然変異がさらに増える可能性がある
- BIRがいくつかの段階でどのように機能するかを解明：
  - DNA修復装置が損傷したDNAの周りにある種の泡を形成
  - 前進し、DNAを解凍し、無傷のセグメントをコピー
  - 最後にそれらのコピーされたセグメントを新しいDNA鎖に移す
DNA複製を電車で仮定すると、プロセスをたくさんの駅に見立て、電車が各駅でどのように進んでいるかを観察
各駅でのDNAの増加、各駅でどのくらいの増加が発生しているかを追跡
BIRが障害物にどのように応答するかを観察するため駅に意図的に障害物（転写および内部テロメア配列と呼ばれる別の障害物）を導入
DNA複製がBIRプロセスの開始近くに導入されると、修復は抑制されているかのように開始できずにいた
BIRに関する複製プロセスの方向が修復サイクルに影響を与える可能性がある
人間の癌を促進する可能性のある不安定性に影響を与える重要な要因である可能性がある

すべての生物はDNAを持っており、すべての生物はDNA複製に関与しています。

これは、細胞分裂中にDNAが自身の正確なコピーを作成するプロセスです。

これは実証済みのプロセスですが、問題が発生する可能性があります。

ブレーク誘導レプリケーション（BIR）は、これらの問題を解決する方法です。

人間では、それは主に他の方法では修正できないDNAの切断を修復するために使用されます。

それでも、BIR自体は、DNAの修復とそれらの修復の実行方法を通じて、癌の発生に寄与するゲノムの再配列と突然変異を導入または引き起こす可能性があります。

1995年からBIRを研究しているアイオワ大学生物学部のアンナ・マルコバ教授は話します。

「それは一種の両刃の剣です。修復する基本的な能力は良いことであり、いくつかのDNA切断は可能です。他の方法で修復することはできません。したがって、アイデアは非常に優れています。しかし、結果は悪いものになる可能性があります。」

ジャーナルNatureに2021年1月20日に公開されたマルコバ教授が主導する研究は、BIRの最初から最後までのシーケンスを初めて説明することにより、BIRの高いリスクと報酬の取り決めを引き出すことを目指しています。

生物学者は、BIRが修復サイクル全体でどのように機能するかを酵母モデルで研究できるようにする新しい技術を開発しました。

これまで、科学者はBIRの運用を最初と最後の段階でしか研究できませんでした。

その後、研究者らは、転写（DNAをコピーしてタンパク質を生成するプロセス）などのDNA複製による障害を導入しました。

これは、BIRによって支援されると考えられています。

マルコバ教授は話します。

「私たちの研究は、BIRがこれらの衝突で救助に来るとき、その到着は非常に高い代償を伴うことを示しています。BIRが転写と出会うと、さらに不安定になり、突然変異がさらに増える可能性があります。その結果、主に転写と複製の衝突で発見され、癌につながることが示唆されている不安定性が引き起こされる可能性があると考えています。救助に来たBIRによって。それは救助されますが、それが本当にどれほど役立つかは疑わしいです。」

科学者たちは、BIRがいくつかの段階でどのように機能するかを知っています。

たとえば、彼らは、DNA修復装置が損傷したDNAの周りにある種の泡を形成し、次に前進し、DNAを解凍し、無傷のセグメントをコピーし、最後にそれらのコピーされたセグメントを新しいDNA鎖に移すことを知っています。

しかし、とらえどころのないままだったのは、修理サイクル全体を通してBIRを追跡することでした。

研究者たちは、DropletDigitalPCRと、生物学の大学院生であるLiping Liuが開発した新しいDNA精製法を使用して、BIRを最初から最後まで観察することができました。