阪大ら,DNA修復光回復酵素の活性を向上

大阪大学と理化学研究所は,DNAの傷(損傷DNA)に対し,太陽光中の青色光を用いて修復する光回復酵素の能力を,光合成で使われている光捕集という現象を適用することで,人工的に向上させることに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

生体の遺伝情報を担うDNAは様々な環境因子によって化学構造が変化し,突然変異や細胞のがん化の一因となる。このような損傷DNAを元の正常なDNAへと治すDNA修復は,生物の恒常性を保つためになくてはならない機能であり,DNA修復の遺伝的な欠失は致死や遺伝性疾患の原因となる。

地球上の哺乳類以外のほぼ全ての生物には,紫外線によって形成された損傷DNAに対して,太陽光エネルギーを利用して修復する光回復と呼ばれる機能がある。ヒトはこのDNA修復機能を持たないが,光回復を担う酵素をコードする遺伝子を導入することで,このような遺伝性疾患の治療法となりうることが報告されてきた。しかし,そのためには生体透過性の低い青色光が必要であり,生体組織への適用は限定的な効果しか得られていなかった。

今回,研究グループでは,植物の光合成において太陽光エネルギーを有効活用する光捕集という現象に着目し,光回復酵素に対して人工色素分子を導入することで,光合成のように青色光を効率よく集め,結果DNA修復能を向上させることに成功した。

この色素分子は酵素の中のどの位置に導入するかによって,光の利用効率が大幅に異なるため,今回DNAを足場として色素導入を行なう方法を開発し,導入位置のスクリーニングを行なった。人工色素を有する酵素のDNA修復能を評価し,最も利用効率の高い導入箇所を同定した。

光回復酵素は天然にも同様の色素分子を保有するが,色素の種類は生物種によって異なる。現時点では,ヒトで光回復酵素の遺伝子を発現させても,光捕集色素を持たないタンパク質が作られてしまうため,DNA修復の効率化は期待できない。しかし,今回のような人工光捕集による光受容能およびDNA修復能の向上が達成できれば,ヒトへの適用が可能となる可能性があるという。

今回のように機能的な人工色素を導入することで青色光受容能の高い人工DNA修復酵素が得られるのであれば,人工色素の性質を様々に変化させることで,より高効率なDNA修復活性や,全く異なる光の波長で修復反応を引き起こすことができる人工酵素の開発につながる。また,同様の発想を人工色素ではなく蛍光タンパク質の導入により達成できれば,紫外線損傷DNAの修復経路が遺伝的に欠失した指定難病に対する光遺伝子治療法への応用が期待されるとしている。

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