ライシジン合成酵素を標的とした抗生物質の開発

• Project/Area Number: 16017229
• 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): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥9,000,000 (Direct Cost: ¥9,000,000); Fiscal Year 2005: ¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2004: ¥4,500,000 (Direct Cost: ¥4,500,000)
• Keywords: tRNA / RNA修飾酵素 / ライシジン / 抗生物質 / MALDI-TOF

Research Abstract

研究代表者は、tRNA修飾酵素の研究から、抗生物質のターゲットとして最もふさわしい酵素を発見した。ライシジン(Lysidine;L)は側鎖にリジンを持ったシチジンの誘導体であり、バクテリアのAUAコドンを解読するイソロイシンtRNAに特異的に存在する。Lはアンチコドン1字目に存在し、tRNAが転写後にCからLへ修飾されることで、遺伝暗号解読能がAUGからAUAへと変化すると同時に、アミノ酸受容能がメチオニンからイソロイシンへとスイッチすることが知られている。したがって、AUAコドンの翻訳にはLの修飾が不可欠であり、Lを合成する修飾酵素遺伝子も必須遺伝子である。我々は3年程前から、機能未知遺伝子群の中から網羅的にRNA修飾遺伝子を同定するプロジェクト(リボヌクレオーム解析)を開始し、ライシジン合成酵素遺伝子(tRNA^<Ile> lysidine synthetase=tilS)を同定することに成功した[Mol Cell, 12,689-698.]。この遺伝子は必須遺伝子であり、全てのバクテリアに共通に存在する。またヒトを含め動物には存在しないことが知られている。したがってこの遺伝子あるいは酵素を阻害する薬剤は、原理的に最も副作用の少ない抗生物質であると考えられる。今年度は、ライシジン合成酵素TilSによるライシジン生合成の触媒メカニズムを詳細に検討した結果、二段階の独立した反応で構成される事を明らかにした[Ikeuchi et al., Mol Cell, 19,235-246(2005)]。また、TilSによるtRNAの基質認識機構を解析した結果、TilSはイソロイシンtRNAのアンチコドンループとアクセプターステムの2つの塩基対合(4-69/5-68)を厳密に認識することを明らかとした。さらに、東工大の濡木理教授との共同研究により、Aquifex aeolicusのTilSの結晶構造を明らかにし[Nakanishi et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 21,7487-7492(2005)]、TilSとATP,リジン、tRNAとの相互作用様式が推定された。これらの基礎的研究は、Tilsの阻害を作用機序とした抗生物質の開発に有用な知見である。

Research Products

• [Journal Article] Mechanistic insights into sulfur-relay by multiple sulfur mediators involved in thiouridine biosynthesis at tRNA wobble positions (2006)
  • Author(s): Ikeuchi, Y., Shigi, N., Kato, J., Nishimura, A., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Mol Cell 21 Pages: 97-108
• [Journal Article] Biosynthesis of wybutosine, a hyper-modified nucleoside in eukaryotic phenylalanine tRNA (2006)
  • Author(s): Noma, A., Kirino, Y., Ikeuchi, Y., Suzuki, T^*.
  • Journal Title: EMBO J. (In press)
• [Journal Article] Structural basis for sulfur relay to RNA mediated by heterohexameric TusBCD complex (2006)
  • Author(s): Namata, T., Fukai, S., Ikeuchi, Y., Suzuki, T^*, Nureki^*, O.
  • Journal Title: Structure 14 Pages: 357-366
• [Journal Article] Acquisition of the wobble modification in mitochondrial tRNALeu(CUN) bearing the G12300A mutation suppresses the MELAS molecular defect (2006)
  • Author(s): Kirino, Y., Yasukawa, T., Marjavaara, S.K., Jacobs, H.T., Holt, I.J., Watanabe, K., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Hum Mol Genet 15 Pages: 897-904
• [Journal Article] Molecular mechanism of lysidine synthesis that determines tRNA identity and codon recognition (2005)
  • Author(s): Ikeuchi, Y., Soma, A., Ote, T., Kato, J., Sekine, Y., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Mol Cell 19 Pages: 235-246
• [Journal Article] Structural basis of lysidine formation by ATP pyrophosphatase accompanied with a lysine-specific loop and a tRNA-recognition domain (2005)
  • Author(s): Nakanishi, K., Fukai, S., Ikeuchi, Y., Soma, A., Sekine, Y., Suzuki, T., Nureki, O.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102 Pages: 7487-7492
• [Journal Article] Mitochondria-specitic 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] RNA修飾の世界-見過ごされているRNAの質的な情報 (2005)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 生化学(日本生化学会)
• [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)] RNA中のイノシン化部位を特定する方法 (2005)
  • Inventor(s): 鈴木 勉, 櫻井 雅之
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2005-229335
  • Filing Date: 2005-08-08
• [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