遺伝制御科学特別研究ユニット

ユニットリーダー

柴田 武彦

  • Takehiko Shibata
  • 理学博士
  • 柴田 武彦
  • 略歴
    1973
    東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻 博士課程修了
    1974
    理化学研究所 微生物学研究室 研究員
    1977
    米国 イェール大学医学校 Dr. C. M. Radding研究室 博士研究員
    1985
    理化学研究所 微生物学研究室 主任研究員
    2001
    横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科 大学院客員教授（現職）
    2005
    理化学研究所 柴田遺伝制御科学研究室 上席研究員
    2010
    同 遺伝制御科学特別研究ユニット ユニットリーダー（現職）

研究概要

遺伝制御科学特別研究ユニット

相同DNA組換えは、DNA二本鎖切断修復の他、環境変化に応じて誘導され、既存の遺伝子を編集し新遺伝子を創り出し環境適応を促す。我々は、生体での相同DNA組換えの制御機構と機能を分子反応として理解することを目指している。この理解は予知と制御可能なゲノム技術を実現し、環境変動に即応できる作物等の高速育種や発症予防と医療に役立つ。その例として、生体外抗体迅速生産技術ADLib法を、相同組換えによる新遺伝子創出の人為的制御で実現した。相同組換えの中核反応である相同DNA対合をRecAタンパク質が触媒するという発見以来、組換えの分子機構解明、体細胞の相同組換え開始酵素の発見、ミトコンドリアDNAのホモプラスミー成立機構解明など、核と細胞質の遺伝の基本機構理解へ、独自の切り口で貢献してきた。

最近の研究成果

相同DNA組換えの二面性：ゲノム多様化・新規遺伝子創出とホモプラスミー（ゲノム均一化）

ATP要求性の有無、蛋白質の構造、由来に関わりなく相同DNA対合蛋白質（組換え酵素）は共通の伸長構造をDNAに誘導する。この伸張構造は、一本鎖DNAと二重鎖DNAとの間の分子間二重鎖形成を可能にする。
図1
ATP要求性の有無、蛋白質の構造、由来に関わりなく相同DNA対合蛋白質（組換え酵素）は共通の伸長構造をDNAに誘導する。この伸張構造は、一本鎖DNAと二重鎖DNAとの間の分子間二重鎖形成を可能にする。

環境変化に応じて誘導される相同DNA組換えによるゲノムの多様化は環境適応を促す。特に、配列が似た遺伝子が編集されて新遺伝子を生み出す可能性に注目している。高等動植物では生体防御に働くことが解り始めてきた。我々の相同DNA組換えについての基礎研究の積み上げで実現した迅速生体外単クローン抗体生産技術ADLib法は、相同DNA組換えによる新規遺伝子創出の可能性検証のひとつである。作物等の高速育種や予防・医療に役立つ技術も視野に入る。一方ミトコンドリアゲノムの多様化は極めて有害である。その抑制となるmtDNAの均一化現象「ホモプラスミー」が組換えに依存することの発見とその機構解明を行い、ミトコンドリアDNAの多様化が原因となる病気対策への手掛かりを得つつある。

主要論文

  1. N. Arai, et al. Vital roles of the second DNA-binding site of Rad52 in yeast homologous recombination, J. Biol. Chem. 2011, 286, 17607.
  2. J. Inoue, et al. A mechanism for SSB displacement from single-stranded DNA upon SSB-RecO interaction, J. Biol. Chem. 2011, 286, 6720.
  3. F. Ling, T. Mikawa, T. Shibata, Enlightenment of yeast mitochondrial homoplasmy: diversified roles of gene conversion, Genes 2011, 2, 169.
  4. Y. Shingu, T. Mikawa, M. Onuma, T. Hirayama, T. Shibata, A DNA-binding surface of SPO11-1, an Arabidopsis SPO11 orthologue required for normal meiosis, FEBS J. 2010, 277, 2360.
  5. T. Masuda, Y. Ito, T. Terada, T. Shibata, T. Mikawa, A non-canonical DNA structure enables homologous recombination in various genetic systems, J. Biol. Chem. 2009, 284, 30230.
  6. A. Hori, M. Yoshida, T. Shibata, F. Ling, Reactive oxygen species regulate DNA copy number in isolated yeast mitochondria by triggering recombination-mediated replication, Nucleic Acids Res. 2009, 37, 749.
  7. F. Ling, M. Yoshida, T. Shibata, Heteroduplex joint formation free of net topological change by Mhr1, a mitochondrial recombinase, J. Biol. Chem. 2009, 284, 9341.
  8. F. Ling, A. Hori, T. Shibata, DNA recombination-initiation plays a role in the extremely biased inheritance of yeast rho-minus mitochondrial DNA that contains the replication origin, ori5, Mol. Cell. Biol. 2007, 27, 1133.
  9. M. Honda, et al. Identification of the RecR toprim domain as the binding site for both RecF and RecO: A role of RecR in RecFOR assembly at dsDNA-ssDNA junctions, J. Biol. Chem. 2006, 281, 18549.
  10. H. Seo, et al. Rapid generation of specific antibodies by enhanced homologous recombination, Nature Biotechnol. 2005, 23, 731.
  11. T. Shibata, et al. Homologous genetic recombination as an intrinsic dynamic property of a DNA structure induced by RecA/Rad51-family proteins: A possible advantage of DNA over RNA as genomic material, Proc. Natl Acad. Sci. USA 2001, 98, 8425.

主要メンバー

主宰者 add delete
柴田 武彦 Takehiko Shibata ユニットリーダー    
スタッフ研究員 add delete
美川 務 Tsutomu Mikawa 専任研究員    
岩崎 わかな Wakana Iwasaki 研究員    
新宮 良宣 Yoshinori Shingu 基幹研究所研究員    
ポスドク add delete
井上 仁 Jin Inoue 特別研究員    
中村 晃歩 Akiho Nakamura 訪問研究員    
学生・研究生 add delete
篠原 赳 Takeshi Shinohara 大学院生リサーチ・アソシエイト    
技術系アシスタント add delete
事務系アシスタント add delete
客員研究員・客員技師 add delete
その他のスタッフ add delete
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