新規機能配列選択法を用いたリボソームRNAの機能解析

• Project/Area Number: 15030206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20292782)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2004: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2003: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: リボソーム / リボソームRNA / タンパク合成 / 23S rRNA / 16S rRNA / ペプチド転移反応 / 暗号解読 / 翻訳精度

Research Abstract

SSER法は特定遺伝子の機能部位において、完全にランダムな配列から機能配列のみをin vivoで選択する方法で、研究代表者が考案した全く新しい機能配列解析法である。本研究ではSSER法を用い、リボソームRNA(rRNA)の機能解析を行うことを目的とした。特に23S rRNAのペプチド転移反応と16S rRNAのコドン解読能に焦点をあてる。リボソームRNAの機能部位を完全にランダマイズし、リボソームの機能に必須な配列のみを細胞内で選択することによりリボソームRNAの機能を解析する。また迅速な選択であるため、リボソームの本質的な機能には影響しないものの、活性が低いがために自然選択で排除されてきたような、変異体を選択できる点が特徴でもある。したがって進化的な保存性からは見逃されていた真の機能的な保存性を知ることができ、rRNAの本質的な役割を抽出することができる。また、本手法を用いてリボソームRNAに系統的な欠失・短縮変異、あるいは挿入変異を導入することが可能である。本年度の成果として以下のことが挙げられる。全146個のRNAヘリックスのうち40箇所で短縮あるいは欠失が可能であった。欠失変異を組み合わせることで、100塩基以上の短縮に成功した。また、トランスポゾンTn5を用いた系統的挿入変異導入を行い、23Sr RNAに36箇所、16S rRNAに16箇所の挿入変異体を得た。これら挿入可能部位は、真核rRNAで伸張している全18領域のうち13領域に一致したことから、真核生物のrRNAは進化の過程で挿入変異を繰り返すことで、新たな機能ドメインを獲得したことが強く示唆された。また、rRNAは短縮・挿入・分断化などの変異に対してフレキシブルであり、rRNAの変化が進化の過程においてリボソームアーキテクチャーを改変する原動力になっている可能性が示された。

Research Products

• [Journal Article] Mitochondria-specific RNA-modifying enzymes responsible for the biosynthesis of the wobble base in mitochondrial tRNAs : Implications for the molecular pathogenesis of human mitochondrial diseases. (2005)
  • Author(s): Umeda, N., Suzuki, T., Yukawa, M., Ohya, Y., Shindo, H., Watanabe, K., Suzuki.T^*
  • Journal Title: J.Biol.Chem 280 Pages: 1613-1624
• [Journal Article] Molecular mechanism of a human mitochondrial disease caused by a tRNA wobble modification deficiency (2005)
  • Author(s): Kirino, Y., Suzuki, T.
  • Journal Title: RNA biology (In press)
• [Journal Article] Biosynthesis and function of tRNA wobble modifications (2005)
  • Author(s): Suzuki, T.
  • Journal Title: Topics in Current Genetics (Springer-verlag) (In press)
• [Journal Article] Codon-specific translational defect caused by a wobble modification deficiency in mutant tRNA from a human mitochondrial disease (2004)
  • Author(s): Kirino, Y., Yasukawa, T., Ohta, S., Akira, S., Ishihara, K., Watanabe, K., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 101 Pages: 15070-15075
• [Journal Article] Substrate tRNA recognition mechanism of tRNA (m7G46) methyltransferase from Aquifex aeolicus (2004)
  • Author(s): Okamoto, H., Watanabe, K., Ikeuchi, Y., Suzuki, T., Endo, Y., Hori, H.
  • Journal Title: J.Biol.Chem 279 Pages: 49151-49159
• [Journal Article] Glimpses of transitions from the RNA world to the RNP world in protein compensation for RNA deficit in animal mitochondrial translation systems. (2004)
  • Author(s): Suzuki, T., Ohtsuki, T., Watanabe, K.
  • Journal Title: Endocytobiosis Cell Res 15 Pages: 110-122
• [Book] 医学のあゆみ (2004)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 生体高分子の解析方法 (2004)
  • Inventor(s): 鈴木 勉, 坂口裕理子
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2004-339033
  • Filing Date: 2004-11-24
• [Publications] Soma, A., Ikeuchi, Y., Kanemasa, S., Kobayashi, K., Ogasawara, N., Ote, T., Kato, J., Watanabe, K., Sekine, Y., Suzuki, T.: "An RNA-modifying enzyme that governs both the codon and amino acid specificities of isoleucine tRNA."Mol Cell. 12. 689-698 (2003)
• [Publications] Nakai, Y., Umeda, N., Suzuki, T., Nakai, M., Hayashi, H., Watanabe, K., Kagamiyama, H.: "Yeast Nfs1p is involved in thio-modification of both mitochondrial and cytoplasmic tRNAs."J.Biol.Chem.. In press. (2004)
• [Publications] Hino, N., Suzuki.T..Yasukawa, T., Seio, K.; Watanabe, K., Ueda, T.: "The pathogenic A4269G mutation in human mitochondrial tRNAIle alters the T-stem structure and decreases the binding affinity of elongation factor Tu"Genes Cells. 9. 243-252 (2004)
• [Publications] Terasaki, M., Suzuki T., Hanada, T., Watanabe, K.: "Functional compatibility of elongation factors between mammalian mitochondrial and bacterial ribosomes : Characterization of GTPase activity and translation elongation by hybrid ribosomes bearing heterologousL7/12proteins"J.Mol.Biol. 336. 331-342 (2004)
• [Publications] Limongelli, A., Schaefer J., Jackson, S., Invernizzi, F., Kirino, Y., Suzuki.T., Reichmann, H., Zeviani, M.: "Variable penetrance of a familial progressive necrotizing encephalopathy due to a novel tRNAlle homoplasmic mutation in the mitochondrial genome"J.Med.Genet.. In press. (2004)
• [Publications] Kurata, S., Ohtsuki, T., Suzuki, T., Watanabe, K.: "Quick two-step RNA ligation employing periodate oxidation."Nucleic Acids Res.. 31. e145 (2003)
• [Publications] 鈴木 勉(監修): "特集「リボヌクレオーム:機能性RNAが活躍する転写後の世界」(細胞工学(9月号)Vol.22(No.9))"秀潤社. 936-938 (2003)