ナノ古細菌アラニルtRNA合成酵素と遺伝暗号の進化の解明
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21K06293
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45020:Evolutionary biology-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
田村 浩二 東京理科大学, 先進工学部生命システム工学科, 教授 (30271547)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | tRNA / 遺伝暗号 |
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| Outline of Research at the Start |
最小のゲノムサイズを有する古細菌・Nanoarchaeum equitans(ナノアーキア)のアラニルtRNA合成酵素(AlaRS)は、α鎖のみではG3:U70塩基対に依存しないアミノアシル化活性があり、β鎖が加わると初めてG3:U70塩基対に依存した活性を生み出すことが明らかになった。しかしながら、これらの過程で、α鎖やβ鎖がtRNAやAlaを認識する分子機構には多くの謎が残されている。 本研究では、ナノアーキアAlaRS-αによるtRNA認識およびAla活性化の分子機構や、ナノアーキアAlaRS-αとAlaRS-βによるG3:U70塩基対認識の分子機構の解明し、遺伝暗号の起源と進化に迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
アラニルtRNA合成酵素(AlaRS)はtRNA(Ala)中のG3:U70塩基対を特異的に認識して、tRNA(Ala)にAlaを結合させている。最小のゲノムサイズを有する古細菌Nanoarchaeum equitans (ナノアーキア)のAlaRSも例外ではないが、α鎖のみではG3:U70塩基対に依存しないアミノアシル化活性があり、β鎖が加わると初めてG3:U70塩基対に依存した活性を生み出している。G3認識には、多くの生物種のAlaRSでも保存されているAsp残基が関与している可能性があるが、このAsp残基がナノアーキアAlaRSでは保存されていないため（Ile残基（I50）になっている）、G3:U70塩基対認識に関係する可能性のあるβ鎖の酸性残基の変異体を作製し、RNAミニヘリックスのアミノアシル化解析を行った。しかしながら、I50付近に存在するGlu残基（E47）、および、Asp残基（D57）のAla置換変異体においても、いずれも天然型と同様の活性を示した。したがって、未知の認識機構にはまだ迫れていない。また、これらに関連して、大腸菌のAlaRS を用いて、アミノ酸（AlaのみならずGlyやSerも）の活性化測定を行った。その結果、特に、活性中心付近の235位に広く保存されているAsp残基（D235）をGlu残基に置換した変異体（D235E）の解析から、AlaRSがAlaを特異的に認識するためには、D235が最適であることが示唆された。さらに、214位のVal残基（V214）の変異体によるアラニル化活性が、V214の側鎖と基質のAlaのメチル基との間のファンデルワールス様相互作用の影響を受けていることを明らかにし、学術論文発表を行った。と同時に、原始tRNAとAlaRSの進化生成メカニズムにも関係したリガーゼリボザイムの反応機構についての研究も相補的に進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は未知の反応メカニズムの解明につながる可能性を秘めているが、残念ながら、まだその反応メカニズムと関与するアミノ酸残基の特定までには至っていない。しかしながら、ロジカルに候補残基を絞っているので、進展がない訳ではない。一方で、よく研究されている大腸菌のAlaRSを用いた実験の結果、アミノ酸の活性化については、新規の知見を得ることができている。以上から、総合的には、大きな遅れにはなっていないと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
G3認識に寄与するAlaRS-β上の残基を特定するための変異体の作製をさらに推進するが、I50付近の残基のみに留まらずに、C末端側からの領域の欠損変異の組み合わせを試みたい。相補的に、G3:U70塩基対に依存しないアミノアシル化活性を生み出すAlaRS-αの結晶化に関して、構造的な柔軟性を考慮した上で取り組んでいきたい。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Amino acid activation analysis of primitive aminoacyl-tRNA synthetases encoded by both strands of a single gene using the malachite green assay2021
Author(s)
Kazaha Onodera, Nana Suganuma, Haruka Takano, Yu Sugita, Tomoko Shoji, Ayaka Minobe, Narumi Yamaki, Riku Otsuka, Hiromi Mutsuro-Aoki, Takuya Umehara, Koji Tamura
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Journal Title
BIOSYSTEMS
Volume: 208
Pages: 104481-104481
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Crystal structure of Nanoarchaeum equitans tyrosyl-tRNA synthetase and its aminoacylation activity toward tRNATyr with an extra guanosine residue at the 5'-terminus2021
Author(s)
Tatsuya Horikoshi, Hiroki Noguchi, Takuya Umehara, Hiromi Mutsuro-Aoki, Ryodai Kurihara, Ryohei Noguchi, Takahiro Hashimoto, Yuki Watanabe, Tadashi Ando, Kenichi Kamata, Sam-Yong Park, Koji Tamura
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Journal Title
BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS
Volume: 575
Pages: 90-95
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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