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Characterization of the reaction mechanisms of oxygen-sensitive tRNA modifying enzymes

Research Project

Project/Area Number 16K07311
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Functional biochemistry
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Shigi Naoki  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (20392623)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
KeywordstRNA / 硫黄 / 鉄硫黄クラスター / 酵素 / タンパク質 / 酸素 / タンパク質合成 / RNA / 補酵素 / タンパク質合成系
Outline of Final Research Achievements

tRNA is extensively modified after transcription to fulfill its functions in translation. Two-thiouridines in tRNAs are essential for recognition of split-codon boxes and stabilization of the whole structure of tRNAs. We have investigated the biosynthesis mechanism of these thiouridines.
We identified ttuD as a gene for the synthesis of s2T54 in Thermus thermophilus. TtuD receives the persulfide generated by cysteine desulfurases and enhances the formation of thiocarboxylated TtuB, the sulfur donor for the tRNA sulfurtransferase TtuA. We also demonstrated by spectroscopic, biochemical, and crystal structure analyses that TtuA and other sulfurtransferases require oxygen-labile [4Fe-4S]-type iron - sulfur clusters for its enzymatic activity. We propose a novel molecular mechanism of sulfur transfer by these enzymes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、複数のtRNA硫黄転移酵素において、酸素感受性補酵素が硫黄転移反応に必要であることを明らかにした。このしくみは先に明らかにした、酸素感受性補酵素を必要としない生合成系に加え、2-チオウリジン合成のもう一つのプロトタイプであることがわかった。これらの解析から硫黄化合物の生合成に共通する分子基盤を明らかにしその生物学的意義についての理解を深め、また硫黄転移酵素の進化に新知見を与えた。さらにこれらの成果は、抗菌剤や遺伝病等の治療法の開発への重要な指針を提供するものである。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] 高度好熱菌を耐熱化するtRNA硫黄修飾塩基の生合成と機能の解明2019

    • Author(s)
      鴫 直樹
    • Journal Title

      極限環境生物学会誌

      Volume: 17 Pages: 5-11

    • Related Report
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  • [Journal Article] RNA チオ化2018

    • Author(s)
      鴫 直樹
    • Journal Title

      生体の科学

      Volume: 69 Pages: 396-397

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  • [Journal Article] Recent Advances in our Understanding of the Biosynthesis of Sulfur Modifications in tRNAs2018

    • Author(s)
      Shigi Naoki
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 9 Pages: 1-9

    • DOI

      10.3389/fmicb.2018.02679

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Biochemical and structural characterization of oxygen-sensitive 2-thiouridine synthesis catalyzed by an iron-sulfur protein TtuA2017

    • Author(s)
      Chen Minghao、Asai Shin-ichi、Narai Shun、Nambu Shusuke、Omura Naoki、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu、Ikeda-Saito Masao、Watanabe Kimitsuna、Yao Min、Shigi Naoki、Tanaka Yoshikazu
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 114 Issue: 19 Pages: 4954-4959

    • DOI

      10.1073/pnas.1615585114

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystallographic study of the 2-thioribothymidine-synthetic complex TtuA-TtuB from Thermus thermophilus2016

    • Author(s)
      Chen M, Narai S, Omura N, Shigi N, Chimnaronk S, Tanaka Y, Yao M
    • Journal Title

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      Volume: F72 Issue: 10 Pages: 777-781

    • DOI

      10.1107/s2053230x16014242

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      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Identification of a rhodanese-like protein involved in thiouridine biosynthesis in Thermus thermophilus tRNA2016

    • Author(s)
      鴫 直樹、朝井真一、渡辺 公綱
    • Journal Title

      FEBS letters

      Volume: 590(24) Issue: 24 Pages: 4628-4637

    • DOI

      10.1002/1873-3468.12499

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    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Biosynthesis of Sulfur-modifications of tRNA in Thermus thermophilus2018

    • Author(s)
      Shigi Naoki
    • Organizer
      International workshop on 50th anniversary of Thermus thermophilus discovery
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規な酸素感受性tRNA硫黄化酵素の機能解析2018

    • Author(s)
      鴫 直樹、姫野 美沙緒、堀谷 正樹
    • Organizer
      第19回 極限環境生物学会 年会
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  • [Presentation] 硫黄転移反応における鉄硫黄クラスターの役割の解明2017

    • Author(s)
      陳 明皓、奈良井 峻、大村 直毅、鴫 直樹、田中 良和、姚 閔
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会 第12回年会
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  • [Presentation] 陳 明皓、奈良井 峻、大村 直毅、朝井真一、渡辺 公綱、鴫 直樹、田中 良和、姚 閔2017

    • Author(s)
      鉄硫黄クラスターが関与する新規硫黄転移機構の解明
    • Organizer
      第17回 日本タンパク質科学会年回
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  • [Presentation] tRNA硫黄修飾塩基の生合成機構2017

    • Author(s)
      鴫 直樹、朝井真一、陳 明皓、池田-齋藤正男、奈良井 峻、大村 直毅、鈴木 勉、姚 閔、田中 良和、渡辺 公綱
    • Organizer
      第19回 日本RNA学会年会
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  • [Presentation] Characterization of the biosynthesis of 2-thiouridine in transfer RNA catalyzed by an iron-sulfur protein2017

    • Author(s)
      陳 明皓、朝井真一、奈良井 峻、南部周介、大村 直毅、坂口 裕理子、鈴木 勉、池田-齋藤正男、渡辺 公綱、姚 閔、鴫 直樹、田中 良和
    • Organizer
      International Conference on Biological Inorganic Chemistry
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 好熱菌に耐熱性を付与するtRNA硫黄修飾塩基の生合成機構2017

    • Author(s)
      鴫 直樹、朝井真一、陳 明皓、池田-齋藤正男、奈良井 峻、大村 直毅、鈴木 勉、姚 閔、田中 良和、渡辺 公綱
    • Organizer
      環境微生物系学会合同大会2017
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  • [Presentation] 高度好熱菌を耐熱化するtRNA硫黄修飾塩基の生合成と機能の解明2017

    • Author(s)
      鴫 直樹
    • Organizer
      極限環境生物学会 年会
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      2017 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Investigating a novel tRNA thiolational modification mechanism involving an [4Fe-4S] cluster2017

    • Author(s)
      田中 良和、陳 明皓、奈良井 峻、大村 直毅、鴫 直樹、姚 閔
    • Organizer
      2nd joint International Symposium of NSRRC and IPR
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ユビキチン様タンパク質を用いてtRNAに硫黄を転移する酵素TtuAの硫黄転移機構2017

    • Author(s)
      陳 明皓、朝井真一、奈良井 峻、大村 直毅、渡辺 公綱、池田-齋藤正男、姚 閔、鴫 直樹、田中 良和
    • Organizer
      日本生物物理学会 東北支部会2017
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      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] tRNA硫黄修飾酵素の解析およびその応用2017

    • Author(s)
      姫野 美沙緒、鴫 直樹
    • Organizer
      SAT テクノロジー・ショーケース2017
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場 (茨城県・つくば市)
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] バクテリアにおける二機能性ユビキチン様タンパク質の機能調節の構造基盤2016

    • Author(s)
      陳 明皓、奈 良井 峻、大村 直毅、鴫 直樹、田中 良和、姚 閔
    • Organizer
      第16回 日本蛋白質科学会 年回
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場 (福岡県・博多市)
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Biosynthesis of Sulfur-modification of tRNA in a Thermophilic Bacterium, Thermus thermophilus2016

    • Author(s)
      朝井真一 、渡辺 公綱、鴫 直樹
    • Organizer
      11th International Congress on Extremophile
    • Place of Presentation
      京都大学 (京都府・京都市)
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      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 好熱菌tRNA硫黄修飾塩基の生合成機構2016

    • Author(s)
      朝井真一 、渡辺 公綱、鴫 直樹
    • Organizer
      第89回 日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      東北大学 (宮城県・仙台市)
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 生命の中枢をささえるRNA硫黄化のしくみ2016

    • Author(s)
      鴫 直樹
    • Organizer
      第7回 連合農学研究科セミナー
    • Place of Presentation
      岐阜大学 (岐阜県・岐阜市)
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      2016 Research-status Report
    • Invited
  • [Book] RNA Technologies: Modified Nucleic Acids in Biology and Medicine2016

    • Author(s)
      鴫 直樹
    • Total Pages
      453
    • Publisher
      Springer
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      2016 Research-status Report
  • [Remarks] プレスリリース:細胞内における硫黄修飾の新たな反応機構を解明 ミトコンドリア機能制御の研究に手がかり

    • URL

      http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2017/pr20170425/pr20170425.html

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  • [Remarks] 産業技術総合研究所 創薬基盤研究部門 研究グループ紹介 最先端バイオ技術探究グループ

    • URL

      https://unit.aist.go.jp/brd/jp/groups/lbrg/lbrg.html

    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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