高分解能な立体構造解析による、高度好熱菌獲得免疫システムの解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07285
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 新海 暁男 国立研究開発法人理化学研究所, 横山構造生物学研究室, 先任研究員 (10391989)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: CRISPR-Cas / Cmr複合体 / 超分子複合体 / リボヌクレオタンパク質 / リボヌクレアーゼ / 低分子RNA / 無細胞タンパク質合成法

Outline of Annual Research Achievements

CRISPR-Casシステムは、多くの細菌が持つ獲得免疫システムで、ウイルスやプラスミド由来のDNAやRNAなど、細胞外から侵入してくる核酸を分解する装置である。真核生物における獲得免疫システムの原型ともいえる本システムの機構を解明することは生命システムやその進化を考察する際に重要である。本研究課題は、比較的多くの種類のCRISPR-Casシステムを持つ高度好熱菌Thermus thermophilus株をモデル生物として用い、本システムを構成している超分子複合体、および、それらに関連している機能未知タンパク質群の高分解能な立体構造を解析し、一つの細胞における獲得免疫システムを体系的に理解することを目的としている。本年度も、6種類（11分子）のタンパク質サブユニットと1分子の低分子一本鎖RNAとから構成されているCmr複合体の研究を行った。Cmr複合体はcrRNAに対して相補的な配列を持つ一本鎖RNAを分解する。その制御メカニズムを明らかにするために、各種の変異Cmr複合体を調製し、それらのRNA分解活性を解析した。これまでの研究で、大腸菌無細胞タンパク質合成法を利用すると天然型複合体と同様のRNA分解活性を持つCmr複合体を簡便に合成できることが明らかになったので、変異Cmr複合体の調製にもこの合成法を利用した。これらの各種Cmr複合体のRNA分解活性の解析、さらに、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析の結果から、Cmr複合体によるRNA分解の制御メカニズムを構造生物学的に解明することを目指している。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

今年度中にCmr複合体以外のタンパク質の研究に着手する予定であったが、それが達成されなかったため。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、Cmr複合体、および、各種の変異Cmr複合体のクライオ電子顕微鏡構造と、RNA分解活性の結果を解析し、Cmr複合体によるRNA分解のメカニズムを構造生物学的に解明することを目指す。その他のCasタンパク質の研究に着手する。

Causes of Carryover

（理由）
タンパク質の結晶化・構造解析に至らなかったため。Cmr複合体以外のCasタンパク質の研究に着手できなかったため。
（使用計画）
タンパク質試料の調製、機能解析、構造解析を行うための費用、および、成果発表のための費用に充当する予定である。