RNA-蛋白質複合体マシーナリー・リボソームの構造研究

• Project/Area Number: 11169201
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 勲 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70093052)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 姚 閔 (姚 みん) 北海道大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40311518)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥70,800,000 (Direct Cost: ¥70,800,000); Fiscal Year 2002: ¥9,200,000 (Direct Cost: ¥9,200,000); Fiscal Year 2001: ¥9,400,000 (Direct Cost: ¥9,400,000); Fiscal Year 2000: ¥20,300,000 (Direct Cost: ¥20,300,000); Fiscal Year 1999: ¥31,900,000 (Direct Cost: ¥31,900,000)
• Keywords: リボソーム / RNA結合蛋白質 / L5 / リボソーム蛋白質 / eIF-5A / S7 / L13 / X線結晶構造解析

Research Abstract

本年度の研究では,好熱菌Thermus thermophilus由来リボソームタンパク質L5と5S rRNA断片との複合体の2.5Å分解能結晶構造および超高度好熱古細菌Pyrococcus horikoshii由来真核生物翻訳因子eIF-5Aホモログ(Pho IF-5A)の2.0Å分解能結晶構造を決定した.
我々は前年度の研究で,大サブユニットの結晶構造では一部決定されていない,リボソームタンパク質L5の完全な結晶構造を明らかにした.本年度は,より詳細な核酸タンパク質複合体の安定化とRNA-タンパク質認識に関する知見を得るため,L5と5S rRNA断片との複合体の結晶構造解析を行った.L5は保存された5S RNAループ-アミノ酸残基同士の水素結合による特異的で強固な相互作用により結合し,非結合型L5と比較してRNA結合による有意な構造変化は見られなかった.また,結晶格子中で隣接したL5は1分子のRNA断片を共有して結合し,本来23SrRNAと結合する湾曲したβシート表面において同様な結合様式で2重らせんRNA部分と非特異的に結合することも確認された.これらの2領域における5S rRNA-L5-23S rRNA相互作用はサブユニット構造における安定化を示唆している.
真核生物翻訳因子eIF-5Aは細胞の増殖と生存に関与し,機能的な修飾アミノ酸,ハイプシンを含むことが知られている.eIF-5Aは2つのドメイン(N-ドメイン,C-ドメイン)から構成される.本研究の好熱古細菌eIF-5A(Pho IF-5A)ホモログと,既報の二種の古細菌由来eIF-5Aホモログとを比較すると,ハイプシン修飾部位を含むN-ドメインはアミノ酸配列および立体構造ともによく一致しているが,それに対してC-ドメインの配列保存性は低く,立体構造は一致していなかった.さらにPho IF-5A結晶格子に含まれる独立した3分子を比較すると,同様にC-ドメインが異なる立体配座をとりうることが明らかとなった.このドメイン間の可動性を解析したところドメイン間リンカーの自由度は7°であった.分子表面に関して,N-ドメインは正電荷に,C-ドメインは負電荷に偏っていることから,各ドメインがタンパク質,核酸のいずれにも相互作用し,その機能に可動性が関与していることを示唆する.

Research Products

• [Publications] Min Yao: "Crystal Structure of Hyperthermophilic Archaeal Initiation Factor 5A : A Homologue of Eukaryotic Initiation Factor 5A(eIF-5A)"J. Biochem.. 133. 75-81 (2003)
• [Publications] Anna Perederina: "Detailed analysis of RNA-protein interactions within the bacterial ribosomal protein L5/5S rRNA complex"RNA. 8(12). 1548-1557 (2002)
• [Publications] Masaaki Sokabe: "The X-ray Crystal Structure of Pyrrolidone-Carboxylate Peptidase from Hyperthermophilic Archaea Pyrococcus horikoshii"J. Struct. Funct. Genomics.. 2. 145-154 (2002)
• [Publications] Yoshiaki Yasutake: "Structure of the Monomeric Isocitrate Dehydrogenase : Evidence of a Protein Monomerization by a Domain Duplication"Structure. 10. 1637-1648 (2002)
• [Publications] Kenta Iwasaki: "On the Interaction of Ribosomal Protein L5 with 5S rRNA"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 66. 103-109 (2002)
• [Publications] Hiroshi Itou: "The Crystal Structure of Human MRP14 (S100A9), A Ca^<2+>-dependent Regulator Protein in Inflammatory Process"J. Mol. Biol.. 316. 265-276 (2002)
• [Publications] 伊藤啓: "分子生物学への招待"鈴木範男,田中勲,矢沢洋一. 227 (2002)
• [Publications] Tomoyuki Numata et al.: "Amino acid residues in ribonuclease MC1 from bitter gourd seeds which are essential for uridine specificity"Biochemistry. 40. 524-530 (2001)
• [Publications] Takashi Nakashima et al.: "Ribosomal protein L5 has a highly twisted concave surface and flexible arms responsible for rRNA binding"RNA. 7. 692-701 (2001)
• [Publications] Naoki Sakai et al.: "The MinD protein from hyperthermophilic archaeon Pyrococcus horikoshii : crystallization and preliminary X-ray analysis"Acta Cryst. D57. 896-897 (2001)
• [Publications] Naoki Sakai et al.: "The three-dimensional structure of septum site-determining protein MinD from Pyrococcus horikoshii OT3 in complex with Mg-ADP"Structure. 9. 817-826 (2001)
• [Publications] Yoshiaki Yasutake et al.: "Crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of monomeric isocitrate dehydrogenase by the MAD method using Mn atoms"Acta Cryst.. D57. 1682-1685 (2001)
• [Publications] Harumi Hosaka et al.: "The structure of the archaebacterial ribosomal protein S7 and its possible interaction with 16S rRNA"J. Biochem.. 130. 695-701 (2001)
• [Publications] K.Kitano et al.: "Utilization of microgravity to improve the crystal quality of biologically important proteins : chaperonin-60, GrpE, B-subunit of V-type ATPase, and MIF"J.Cryst.Groth. 210. 819-823 (2000)
• [Publications] T.Koshiba et al.: "Structure and Thermodynamics of Extraordinarily Stable Molten Globule State of Canine Milk Lysozyme"Biochemistry. 39. 3248-3257 (2000)
• [Publications] K.Ishikawa et al.: "The structure of human MRP8, a member of the S100 calcium-binding protein family, by MAD phasing at 1.9Å resolution"Acta Cryst.. D56. 559-566 (2000)
• [Publications] M.Yao et al.: "Crystal structure of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase from Hansenula saturnus"J.Biol.Chem.. 275. 34557-34565 (2000)
• [Publications] A.Suzuki et al.: "Crystal structures of the ribonuclease MC1 from bitter gourd seeds, complexed with 2'-UMP or 3'-UMP, reveal structural basis for uridine specificity"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 275. 572-576 (2000)
• [Publications] I.Tanaka et al.: "The Ribosome : Structure, Function, Antibiotics, and Cellular Interactions"R.A.Garret, S.R.Douthwaite, A.Liljas, A.T.Matheson, P.B.Moore, and H.F.Noller. 565 (2000)
• [Publications] T.Tominaga, et al.: "High-Resolution Crystals of the HU Mutant K38N from Bacillus Stearothermophilus"J.Stract.Biol.. 125. 86-89 (1999)
• [Publications] A.Nakagawa, et al.: "The three-dimensional structure of the RNA-binding domain of ribosomal protein L2 ; a protein at the peptidyl transferase center of the ribosome"The EMBO J.. 18・6. 1459-1467 (1999)
• [Publications] S.W.White, et al.: "The high-resolution structure of DNA-binding protein HU from Bacillus stearothermophilus"Acta Cryst.. D55. 801-809 (1999)
• [Publications] A.Miyamoto, et al.: "Role of the N-terminal region of ribosomal protein S7 in its interaction with 16S rRNA which binds to the concavity fromed by the β-ribbon arm and the α-helix"Eur.J.Biochem.. 266. 591-598 (1999)
• [Publications] F.Saitoh, et al.: "Arginine-55 in the β-Arm is Essential for the Activity of DNA-Binding Protein HU from Bacillus stearothermophilus"Biosci.Biotech.Biochem.. 63・12. 2232-2235 (1999)