立体構造に基づく蛋白質合成マシーナリーの動作機構の解明

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11169204
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 濡木 理 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (10272460)
• Keywords: 遺伝情報変換 / 蛋白質合成 / アミノアシルtRNA合成酵素 / トランスファーRNA / RNAスプライシング / RNA転写後修飾 / X線結晶構造解析

Research Abstract

遺伝子から蛋白質合成にいたる各過程に携わる酵素、RNAの高次構造を片端から決定し、生物マシーナリーとしての動作機構を解明するのが、本研究の目的である。本年はまず、mRNA前駆体のスプライシングを制御し、ショウジョウバエの性決定に関わるSxl蛋白質と標的となるmRNA前駆体の複合体の結晶構造を2.6A分解能で決定し、複数のRNA結合ドメインが協同して特定の構造をとらない単鎖RNAを特異的に認識する機構を世界に先駆けて解明した。次に、tRNAに特異的にアミノ酸を結合し、蛋白質合成の前半の反応を触媒するアミノアシルtRNA合成酵素に関して、基質との複合体の形で広範に結晶構造解析を行った。まず、高度好熱菌由来メチオニルtRNA合成酵素(MetRS)について2.OA分解能の結晶構造を決定し、さらにtRNAとの複合体の結晶化にも予備的であるが成功した。また、高度好熱菌由来のバリルtRNA合成酵素(VaIRS):tRNA^<Val>・バリルAMPアナログ3重複合体(分子量25万)の結晶構造を2.8A分解能で決定し、tRNAの認識機構およびそれと連携した酵素のアミノ酸校正機構に関して全世界に先駆けて新しい知見を得た(論文投稿中)。また超好熱古細菌Pyrococcus horikoshii由来のロイシルtRNA合成酵素(LeuRS)、リジルtRNA合成酵素(LysRS)について酵素単独およびtRNAとの複合体の結晶化に成功した。さらにまた、tRNAおよびリボソームRNA(rRNA)の転写後修飾を触媒する酵素に関しても構造解析を始めている。まず、超好熱古細菌由来のtRNAグアニントランスグリコシラーゼ(tRNAのDループに保存されているグアニンをアーケオシンに置換する)については高分解能結晶の作成に成功し、重原子同型置換法による位相決定を遂行している。また、rRNAメチルトランスフェラーゼに関しては、セレノメチニル化蛋白質を用いてSeの多波長異常分散法による位相決定に成功し、解釈可能な電子密度図の導出に成功した。また、遺伝子の複製の分野においては、ヒト染色体のセントロメアに結合する蛋白質とDNAの複合体の結晶構造解析に成功し、また、複製開始に関わるプライマーゼの結晶構造解析が進行中である。

Research Products

• [Publications] Handa, N., O. Nureki et al.: "Structural basis for recognition of the tra mRNA precursor by the Sex-lethal protein"Nature. 398. 579-585 (1999)
• [Publications] Sekine, S., O. Nureki., M. Tateno, and S. Yokoyama: "The identity determinants required for the discrimination between tRNA (Glue) and tRNA (Asp) by glutamyl-tRNA synthetase from Escherichia coli"Eur. J. Biochem.. 261. 354-360 (1999)
• [Publications] Nureki, O. et al.: "Proofreading by isoleucyl-transfer RNA synthetase"Science. 283. 459a (1999)
• [Publications] Mechulam, Y., Schmitt, L. Maveyraud, C. Zelwer, O, Nuerki, et al.: "Crystal structure of Escherichia coli methionyl-tRNA synthetase highlights species-specific features"J. Mol. Biol.. 294. 1287-1297 (1999)
• [Publications] Sugiura, I., O. Nureki, et al.: "The 2.0A crystal structure of Thermus thermophilus methionyl-tRNA synthetase reveals two RNA-binding modules"Structure. 8. 197-208 (2000)
• [Publications] Kukimoto, M., O. Nureki et al.: "Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the extracellular domain of the cell surface antigen CD38 complexed with ganglioside"J. Biochemistry. 27. 181-184 (2000)
• [Publications] 濡木理: "化学と工業"tRNAへのアミノ酸の結合-その起源と進化-. 50,181-189 (1999)