2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of the formation of a translational repression complex that plays a role in the proliferation of cancer and stem cells and molecular basis of drug discovery
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17K07307
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
永田 崇 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10415250)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Musashi / RNA結合 / NMR / AFM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Musashi1（Msi1）は、様々な臓器や組織の幹細胞において、分化を促すシグナル伝達蛋白質の発現を翻訳レベルで抑制することで、幹細胞や癌細胞の増殖性を維持させる役割を持つ。本課題研究では、Msi1が形成する翻訳抑制複合体の構築原理をミクロ及びマクロの視点で明らかにすることを目指した。Msi1は2つのRNA結合ドメイン（RBD）、それぞれRBD1及びRBD2をN端に持ち、C端にはポリA結合蛋白質（PABP1）と結合する部位を持つ。当初、RBD1については標的RNAと複合体の溶液構造をNMRにより解明し、RBD1がGUAG部分と形成する特異的な相互作用様式を明らかにしていた。
本課題研究期間中は、まず、分子動力学計算法と水和の統計熱力学理論を組合せた解析を行い、結合に関する種々の熱力学パラメータを取得し、RBD1が標的RNA配列を高い特異性で認識するための原動力に関する新たな知見を得た。すなわち、原動力は、RBD1とRNAの形がピッタリ合うことにより水和水が解放され、水の並進エントロピーが得をするということ、それから、RBD1の正電荷と核酸の負電荷が相補することにより、脱水和エネルギーの損失が保障されるということを明らかにした。
次に、RBD2についても、RNA（GUAGU）との複合体のNMR構造を決定し、RBD2がUAGを認識する際の相互作用様式を明らかにすることが出来た。Msi1の2つのRBDは実際には連結しているので、次に複合体モデリングと分子動力学計算により、RBD1-RBD2と最短標的RNA配列（UAGGUAG）との結合様式について解析した。その結果、Msi1は翻訳制御するべきmRNA中に含まれる（UAGnGUAG, n=0-50）に立体障害なく結合出来ることを提唱するに至った。その後、実際に、Msi1がUAGnGUAG, n=1-7と強く結合出来ることをFRETやゲルシフトアッセイにより実証した。さらに、PABP1のMsi1結合部位に関する知見も得た。本課題研究の成果は、Msi1を標的とする抗癌剤開発に利用することが可能である。
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