Research

DNA damage repair

DNA is damaged by diverse endogenous and environmental factors. Unless DNA is recovered from the damage, genomic integrity collapses and sustaining life is threatened. According to the types of DNA damage, several different repair pathways have been evolved. Our laboratory is focusing on two DNA repair processes, especially homologous recombination (HR) and nucleotide excision repair (NER).

Homologous recombination (HR) is an error-free pathway to repair DNA double-strand break, which is the most serious DNA damage because both strands are broken and hence the complementarity of base-pair cannot be used. In addition, HR is responsible for the stalled fork rescue and genetic crossover during meiosis. Among the multiple steps in HR, the homology search and strand exchange is the most essential, which are mediated by RecA/Rad51 recombinases family. We are investigating the molecular mechanism of the strand exchange of HR.

Nucleotide excision repair (NER) is the most versatile repair mechanism to mend a broad spectrum of DNA damage including UV-induced thymine dimers and bulky adducts on bases. Failure of NER causes serious skin trouble called xeroderma pigmentosum and the predisposition to skin cancer. The NER process is initiated by recognition of DNA lesions by XPC protein. Taking into consideration the length of human genomic DNA (~ 109 bp), the DNA lesion is very small. Therefore, how XPC protein finds the local damage is an interesting biological question. We are investigating the underlying mechanism for the damage search and identification of human XPC protein. Furthermore, we are seeking to reveal the molecular details of the entire human NER process.

Chromatin dynamics

Eukaryotic DNA is packaged into a small nucleus by forming a higher-order chromatin structure. The primary building block of chromatin is a nucleosome, which consists of ~147 bp of DNA and histone octamer. The compact chromatin structure is thought to be a barrier to limit the accessibility of various proteins responsible for DNA metabolism. In addition, it is one of the epigenetic regulatory pathways. Therefore, how chromatin structure is relaxed and reorganized is highly important for understanding eukaryotic DNA metabolism and genomic integrity. This chromatin dynamics is controlled by post-translational modification of histones, chromatin remodelers, and histone chaperones. In our laboratory, we are now studying the molecular mechanisms and mechanistic features of histone chaperones and chromatin remodelers by reconstituting chromatin structure in vitro.

DNA motor proteins (DNA translocases)

DNA translocase is a motor protein to move along DNA by hydrolyzing ATP. DNA translocases are involved in diverse type of DNA metabolism such as DNA replication, transcription, chromosome segregation. We are studying the representative DNA translocase, FtsK, which is an E coli protein to resolve chromosome dimer. We are characterizing the mechanistic properties of the DNA translocase.