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ヌクレオチド転移酵素 / X線結晶構造解析 / TUTase / ヌクレオチド付加 / RNA修飾 / Star-PAP / TUT1 / U6 snRNA / Ｘ線結晶構造解析 / 生体分子

本研究は、非古典的ヌクレオチド転移酵素による特異的な反応メカニズムの解明を目的として行われた。特にヒトのヌクレオチド転移酵素Star-PAPとTUT4をターゲットとしてX線結晶構造解析および生化学解析に取り組み、Star-PAPについてはU6 snRNAに対する特異的なウリジン付加反応の分子基盤を、TUT4についてはlet-7 miRNAの抑制に必要な複合体形成の分子基盤をそれぞれ明らかにした。

生命の設計図と呼ばれるDNAはそれ自身が部品として働くのではなく、RNAに転写されたのちにさらにタンパクに翻訳されて、あるいはRNAそのものとして機能的な役割を果たす。RNAは転写された後にさらに様々なプロセシングを受けていることが近年明らかになり、プロセシングが適切な機能発現や活性制御に不可欠であることがわかってきた。本研究では転写後プロセシングの一つであるヌクレオチド転移反応を担う酵素を標的とし、その立体構造を明らかにすることで高次生命現象の制御機構の解明につなげることができた。

核酸 / 酵素 / 生体分子 / ゲノム / 進化 / RNA修飾 / 好熱菌 / tRNA / RNAメチル化酵素

本研究により、明らかとなった学術的知見は多岐にわたりますが、当初予定した三つの主要課題に照らし合わせつつ、記述すると下記のようになります。
(1)高温環境下の試験管内で、きちんと動作するRNA修飾系を組み立てる。
RNA修飾系において、RNAの構造安定化因子は(i)修飾ヌクレオシド自身(ii)RNA結合タンパク質(iii)ポリアミン(iv)塩類の4つであると思われます。細胞内における塩類濃度・組成は、ほぼ一定と予想されますので、in vitro実験系で重要な因子は、(i)〜(iii)であると思われます。
そこで、とくにポリアミンに焦点を絞り、高度好熱菌Thermus thermophilusの生産する特異的ポリアミン、カルドヘキサミンやテトラキスアミンが高温環境下でのRNA修飾に有効に作用することを見いだしました。
(2)RNAメチル化酵素の基質認識機構を生化学的に調べる。
超好熱菌Aquifex aeolicusのtRNA(m^1G37)メチル化酵素[TrmD]やtRNA(m^2_2G26)メチル化酵素[Trm1]が全く新規なRNA認識機構をもつ酵素であることや、真核生物のtRNA(m^7G46)メチル化酵素[Trm8/Trm82複合体]が真正細菌由来酵素に比較して、より厳密なRNA認識機構をもつことを見いだしました。
(3)RNAメチル化酵素の基質RNA認識がどのようなタンパク質構造によってもたらされるかを明らかにする。
TrmHに関して、保存されている塩基性アミノ酸残基に着目し、そこに変異を導入することにより、tRNAの初期結合に関する部位と触媒反応の進行に伴ってtRNAと会合する部位を明らかにすることができました。

【研究分担者】
高井和幸	愛媛大学	無細胞生命科学工学研究センター	助教授	(Kakenデータベース)
濡木理	東京工業大学	生命理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)