動物ミトコンドリアに見出された新規修飾ヌクレオシドの構造機能解析-ミトコンドリア病発症メカニズムへのアプローチ-

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680670
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 講師 (20292782)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 公綱 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00134502)
• Keywords: ミトコンドリア / tRNA / RNA修飾 / 遺伝暗号解読機構 / 5-タウリノメチルウリジン / 5-タウリノメチル-2-チオウリジン

Research Abstract

細胞内小器官であるミトコンドリアは核とは独立した遺伝子翻訳機構を有し、特に動物のミトコンドリアは22種類という現存生物の中では最も少ないtRNA分子種で遺伝暗号を解読している(大腸菌は86種類)。最小のtRNA種で60通りのコドンを解読するためには、RNAの転写後修飾が重要な役目を果たしている。今年度、我々は新規に開発したRNA精製法である「チャプレットカラムクロマトグラフィー法」を用い、22種類全てのミトコンドリアtRNAを牛肝臓から単離することに成功した。ラジオアイソトープを用いたRNA塩基配列の決定、高感度質量分析法を用いた修飾塩基の同定などを組み合わせて解析を行った結果、コドン解読に重要な塩基であるアンチコドン1字目に4種類のRNA修飾の存在を確認した。tRNA^<Met>はその位置に我々がすでにその構造を決定している5-ホルミルシチジン(f^5C)を持ち、tRNA^<Tyr>、tRNA^<His>、tRNA^<Asn>、tRNA^<Asp>にはGの誘導体であるキューオシン(Q)を持つことが明らかになった。また、tRNA^<Leu(UUR)>とtRNA^<Trp>からは分子量381を持つ新規ウリジン誘導体が見つかり、tRNALys、tRNA^<Glu>、tRNA^<Gln>はその2チオ置換体をもつことが明らかとなった。他の12種類のtRNAはアンチコドン1字目に未修飾のGかUを持ち、最終的に6通りの塩基によって60通りのコドンの解読がまかなわれている事が明らかとなった。我々は新規修飾ウリジンの化学構造を決定するために、LC/MS、2次元NMR、FT-ICRMSなどの分析を行い、ウリジンの5位にタウリノメチル基をもつ新規の修飾塩基であることを突き止めた。これらを5-タウリノメチルウリジン(τm^5U)、5-タウリノメチル-2-チオウリジン(τm^5s^2U)と命名した。この塩基はこれまでに見つかっているウリジン誘導体の中で最大の分子量を有すること、またタウリン骨格が生体高分子に見つかった初めての報告でもある。また、我々はtRNAの点変異に帰属されるヒトのミトコンドリア脳筋症(MELASとMERRF)において、変異tRNA^<Leu>とtRNA^<Lys>ではアンチコドン1字目に存在するこの修飾が導入されずに未修飾のUであることを明らかにしており、これにより引き起こされるコドン解読能の低下と誤翻訳が病気の根本原因であることを主張している。今後は修飾の生合成機構における点変異の影響を明らかにしていくことを計画している。さらにはタウリン欠乏症による心筋症の発症原因との関連性についても明らかにしていく予定である。

Research Products

• [Publications] Yasukawa,T.,Suzuki,T.,Suzuki,T.,Ueda,T.,Ohta,S.and Watanabe,K.: "Modification Defect at Anticodon Wobble Nucleotide of Mitochondrial tRNAs^<Leu>(UUR) with Pathogenic Mutations of Mitochondrial Myopathy, Encephalopathy, Lactic Acidosis, and Stroke-like Episodes."J.Biol.Chem.. 275. 4251-4257 (2000)
• [Publications] Yasukawa,T.,Suzuki,T.,Ishii,N.,Ueda,T.,Ohta,S.and Watanabe,K.: "Defect in Modification at the Anticodon Wobble Nucleotide of Mitochondrial tRNA^<Lys> with the MERRF Encephalomyopathy Pathogenic Mutation."FEBS Lett.. 467. 175-178 (2000)
• [Publications] Tin,O.F.,Rykunova,A.I.,Muranova,T.A.,Toyoda,T.,Ito,K.,Suzuki,T.,Watanabe,K.,Garber,M.B.and Nakamura,Y.: "Proteolytic fragmentation of polypeptide release factor 1 of Thermus thermophilus and crystallization of the stable fragments."Biochimie. 82. 765-772 (2000)
• [Publications] Yokogawa,T.,Shimada,N.,Takeuchi,N.,Benkowski,L.,Suzuki,T.,Omori,A.,Ueda,T.,Nishikawa,K.,Spremulli,L.and Watanabe K.: "Characterization and tRNA recognition of mammalian mitochondrial Seryl tRNA synthetase"J.Biol.Chem.. 275. 19913-19920 (2000)
• [Publications] Tomari,Y.,Suzuki,T.,K Watanabe,K.and Ueda,T.: "Role of tightly bound ATP in Escherichia coli tRNA nucleotidyltransferase."Genes to Cells. 5. 689-698 (2000)
• [Publications] Yasukawa,T.,Hino,N.,Suzuki,T.,Watanabe,K.,Ueda,T.and Ohta,S.: "A pathogenic point mutation reduces stability of mitochondrial mutant tRNA^<Ile>."Nucleic Acids Res.. 28. 3779-3784 (2000)
• [Publications] Hanada,T.,Suzuki,T.and Watanabe,K.: "Translation activity of mitochondrial tRNA with unusual secondary structure."Nucleic Acids Symposium Series.. 44. 249-250 (2000)
• [Publications] Suzuki,T.,Terasaki,M.,Takemoto-Hori,C.,Hanada,T.,Ueda,T.,Wada,A.and Watanabe,K.: "Structural compensation for deficit of rRNA with proteins in mammalian mitochondrial ribosome ; systematic analysis of protein components of the large ribosomal subunit from mammalian mitochondria"J.Biol.Chem. (In press). (2001)
• [Publications] 渡辺公綱,鈴木勉(執筆分担): "「RNA研究の最前線」(志村令郎、渡辺公綱 共編)第4章 ミトコンドリアtRNAの特異構造と翻訳特性"シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社. (2000)
• [Publications] 渡辺公綱,鈴木勉(執筆分担): "「バイオサイエンスの新世紀」第2巻タンパク質の一生 中野明彦,遠藤斗志也編 第1章 タンパク質の誕生〜遺伝情報の翻訳の謎"日本生化学会編集. (2000)
• [Publications] 渡辺公綱,鈴木勉(執筆分担): "「遺伝」別刷No.12地球の進化・生命の進化生命の起源-RNAワールド仮説"裳華房. (2000)
• [Publications] 鈴木勉(執筆分担): "「基礎生化学実験法、第4巻 核酸・遺伝子実験(基礎編)」(日本生化学会編集)第6章 核酸の検出と定量"東京化学同人. (2000)
• [Publications] 鈴木勉,渡辺公綱(執筆分担): "バイオインダストリー Vol.17,No.11「リボヌクレオームの世界-RNA転写後修飾の機能-"シーエムシー. (2000)