複製タンパク質A

複製タンパク質A (RPA)

複製タンパク質A（Replication protein A、略称RPA）は、真核生物の細胞内で極めて重要な役割を担うタンパク質です。このタンパク質の最も特徴的な機能は、一本鎖DNA（ssDNA）に特異的に結合することにあります。細胞内のさまざまなDNA代謝プロセスにおいて、ssDNAは一時的に露出したり生成されたりしますが、RPAはこのようなssDNAを不安定な状態から守り、その後の過程がスムーズに進むように準備を整える働きをします。

試験管内での詳細な研究により、RPAは二本鎖DNAやRNAと比較して、ssDNAに対する結合力が圧倒的に高いことが明らかになっています。この高い親和性こそが、細胞内でRPAがssDNAに正確に結合し、その機能を発揮するための基盤となっています。

RPAが関与する主要な生命現象の一つに、DNA複製があります。DNAの二重らせんがほどけて複製フォークが形成されると、鋳型となる一本鎖DNAが露出します。この露出したssDNAは、そのままでは自身の内部で結合したり、複雑な二次構造を作り出したりする傾向があります。このような構造変化は、新しいDNA鎖を合成する酵素であるDNAポリメラーゼの進行を妨げてしまいます。そこでRPAが登場し、露出したssDNA全体を覆うように結合します。これにより、ssDNAが不適切な構造を形成するのを防ぎ、常に伸長可能な開いた状態を維持します。RPAの働きがあるからこそ、DNAポリメラーゼは鋳型鎖に沿って効率的に新しいDNA鎖を合成できるのです。

また、RPAは相同組換えという過程においても中心的な役割を果たします。相同組換えは、DNAの損傷修復や、生殖細胞が作られる際の減数分裂における遺伝子の組み換えに不可欠なメカニズムです。この過程の初期段階でもssDNAが形成されますが、ここでもRPAが速やかにssDNAに結合します。DNA複製時と同様に、RPAはssDNAの自己結合による不適切な構造形成を防ぎ、次のステップに進むための足場を提供します。RPAによって安定化されたssDNA上のヌクレオタンパク質フィラメントは、その後、相同組換えの中心的なタンパク質であるRad51やその補助因子によって置き換えられ、遺伝子組み換えや修復の反応が進行します。

さらに、細胞はDNAに生じた損傷を修復するための様々なメカニズムを持っていますが、RPAはヌクレオチド除去修復と呼ばれる修復経路にも関与しています。この修復過程においても、RPAは損傷部位周辺で形成されるssDNA領域に結合し、修復に必要な他のタンパク質複合体が安定して機能するのを助ける役割を果たします。

RPAをコードする遺伝子に変異が生じると、細胞のDNA代謝能力に影響が出ることが知られています。特に、DNAを損傷させるような薬剤や放射線に対する細胞の感受性が高まる場合があり、これはRPAがDNAの安定性維持や修復にいかに重要であるかを示しています。

構造

RPAは、3つの異なるサブユニットから構成されるヘテロ三量体として機能します。これらのサブユニットは、RPA1（分子量約70 kDa）、RPA2（分子量約32 kDa）、そしてRPA3（分子量約14 kDa）と呼ばれます。RPA1、RPA2、RPA3の3つのサブユニットは、通常1:1:1の等量比で結合して複合体を形成します。

RPAのssDNAへの結合能力は、これらのサブユニットに存在するOBフォールド（Oligonucleotide/oligosaccharide Binding fold）と呼ばれる構造モチーフによって担われています。RPA複合体全体としては、複数のOBフォールドを持っており、これらが協調してssDNAに結合し、それを覆い隠すように働きます。

構造的には、テロメアの維持などに関わるCST複合体と共通点が多く見られますが、RPAは前述のように3つのサブユニットが比較的均質な量比で結合している点が特徴的です。

RPAは、DNA複製、修復、組換えといったゲノムの維持に不可欠なプロセスにおいて、一本鎖DNAという不安定な中間体を安定化し、その後の反応を円滑に進めるための基盤を提供する、細胞にとって欠かせないタンパク質です。

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