アミノアシルtRNA合成酵素の構造解析を通してみる翻訳系の進化

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07250221
• Research Institution: Japanese Foundation For Cancer Research
• Principal Investigator: 芝 清隆 財団法人癌研究曾, 癌研究所・細胞生物部, 主任研究員 (40196415)
• Keywords: ヒト遺伝子 / アミノアシルtRNA合成酵素 / tRNA / PCR / 種特異的認識 / ヒトcDNA / 進化 / ミトコンドリア

Research Abstract

ヒトと大腸菌のアミノアシルtRNA合成酵素の間での一次構造の比較、また、両種間でのアミノアシルtRNA合成酵素によるtRNA分子の認識能力、tRNA分子上のアイデンティティー決定塩基の保存性などを比較検討することを通じ、tRNA分子が中心的役割を演じる翻訳系の進化について考察した。
Cross-Species PCR法で得たヒトアミノアシルtRNA合成酵素遺伝子断片をプローブとして用い、対応するcDNAクローンをヒトcDNAライブラリーより選択した。既に他のグループから報告されているARS以外の11のcDNAを単離し、その全塩基配列を決定した。これでヒトの20種のアミノアシルtRNA合成酵素が全て単離されたことになる。また、細胞質型と同様のアプローチにより、いくつかのヒトのミトコンドリア型ARS遺伝子を単離している。イソロイシンとメチオニンの酵素に焦点を絞り、多量発現系を構築した。
ヒトと大腸菌のリジルtRNA合成酵素によるtRNA分子認識機構を明らかにするために、大腸菌lysSlysUノックアウト株を用いた相補性試験を行った。その結果、ヒト遺伝子は上記大腸菌を相補することがわかった。ヒトと大腸菌のリジンtRNAの識別塩基(73位)は異なるが(GとA)、ヒトの酵素は、この識別塩基の違いを区別しないことが明らかとなった。一般的に、ARSの一次構造の保存性と、tRNA認識に関わる塩基の保存性の間に相関関係があると言えるようだ。最後に、細胞質型ミトコンドリア型イソロイシルtRNA合成酵素遺伝子のエクソン構造を決定しまた、イントロンの大きさも決定した。

Research Products

• [Publications] Hipps,D.: "Operational RNA code for amino acids:specie-specific aminoacylation of minihelices switched by a single nucleotide." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 92. 5550-5552 (1995)
• [Publications] Nakai,S.: "The POU domain transcription factor Brn-2 is required for the determination of specific neuronal lineages in the hypothalamous of the mouse." Genes & Dev.9. 3109-3121 (1995)
• [Publications] Ripmaster,T.L.: "Wide cross-species aminoacyl-tRNA synthetase replacement in vivo:Yeast cytoplasmic alanine enzyme replaced by human polymyositis serum antigen." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 92. 4932-4936 (1995)
• [Publications] Shiba,K.: "Human alanyl-tRNA synthetase:conservation in evolution of catalytic core and microhelix recognition." Biochemistry. 34. 10340-10349 (1995)
• [Publications] Shiba,K.: "Tracing biological evolution in protein and gene structures." Elsevier Science Publishers,Amsterdam., 314 (1995)