単純なペプチドから汎用的な祖先タンパク質フォールドへの進化
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20K15854
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | Waseda University (2023)
Institute of Physical and Chemical Research (2020-2022) |
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Principal Investigator |
八木 創太 早稲田大学, 人間科学学術院, 講師(任期付) (10779820)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | タンパク質 / 生命の起源 / 分子進化 / 構造生物学 / タンパク質進化 / RNAポリメラーゼ / フォールディング / タンパク質のフォールディング |
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| Outline of Research at the Start |
セントラルドグマにおける「転写」反応を司るRNAポリメラーゼの活性ドメインを含め、多くのタンパク質で保存されるβバレフォールドであるDPBBの起源を探る。そのため、本研究では、理論的設計法及びコンピュータデザイン手法により祖先DPBBを実験的に復元し、その機能解析を進める。これにより、汎用的な祖先DPBBフォールドが如何にして誕生し、原始的な生物システムにどのような機能を与えうるかを解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現代生物が持つタンパク質は極めて複雑で精巧な分子構造を持つ。しかし、生命誕生から間もない時期から、初期生命が同様の複雑な分子構造を持っていたとは考えにくく、当時はより単純で小型の分子であったと推定できる。そこで、本研究では遺伝子発現系に関わるタンパク質のうち、特にRNAポリメラーゼやリボソームタンパク質の構造進化を実験的に検証してきた。
RNAポリメラーゼの活性コアには約80残基からなる小型のβバレルフォールドDPBB構造が存在する。本研究では、このDPBB構造が半分の約40残基のペプチドダイマーで再構成できること、さらに七種類のアミノ酸から構成できることを見出した（Yagi et al., JACS, 2021）。
さらに、この単純な配列は環境条件を変化させると、DPBBだけでなく、自然界にはない全く新しいβバレル構造DZBBを形成するMetamorphic proteinであることが分かった。さらに、DZBB構造はリボソームタンパク質などに含まれる別のβバレル構造RIFT、OB、SH3構造へと少ない遺伝子変異で変換可能であることを実験的に実証した。つまり、DZBBを含む５つの異なるβバレル構造は同一の祖先タンパク質から誕生してきた可能性を見出した（Yagi & Tagami, bioRxib, 2023）。
最終年度の2023年度においては、上記４つのβバレル構造群のさらなる進化ネットワークの拡張を目指し、金属結合タンパク質であるRubredoxinとSH3構造も共通の祖先タンパク質から分岐進化してきた可能性が高いことを見出した。
以上の結果は現代の遺伝子発現系に関与するタンパク質の多くは、同一の短く単純なタンパク質から進化してきたことを示唆するとともに、この分岐進化が比較的短時間の内に完了してきた可能性を示す。
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Report
(4 results)
Research Products
(16 results)
