Structural basis of G-quadruplex recognition by TLS protein which lead to telomere lengthening

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14636
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 近藤 敬子 京都大学, エネルギー理工学研究所, 研究員 (00707474)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: NMR / 四重鎖核酸 / 核酸結合蛋白質 / 天然変性蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

Translocated in liposarcoma(TLS)蛋白質は、テロメア配列を持つDNAおよびRNA (TERRA)の四重鎖と二者複合体ないし三者複合体形成を形成することで、テロメアの短縮をもたらす。これは複合体形成を契機としてTLSがヒストン修飾酵素をテロメア上にリクルートし、その結果DNAの相同組み換えによるテロメア伸長が抑制されるためと考えられている。四重鎖核酸との結合部位はTLSのC端ドメイン(RGG3)内のPhe残基とTyr残基の周囲、およびC端領域にあることが分かっている。本研究課題では、これらの結合部位を中心として四重鎖核酸とRGG3ドメインの複合体の構造解析を行い、TLSがDNAとRNAの2種の四重鎖をそれぞれ認識する機構への理解を進める。
平成30年度は主にテロメアDNAおよびTERRAに対して高い結合親和性を持つTLSの部分配列の探索を行った。まず、四重鎖核酸との結合を担うTLSのRGG3ドメインのPhe残基周囲あるいはTyr残基周囲の領域について、複数の部分配列ペプチドを作製した。続いて、各部分配列ペプチドをテロメアDNAないしTERRAの四重鎖に対してそれぞれ添加し、NMRによる相互作用解析を行った。各部分配列ペプチドの解析結果を比較したところ、テロメアDNAとTERRAのいずれに対しても、Arg-Glyモチーフ(RG)あるいはArg-Gly-Glyモチーフ(RGG)を2つ持つ部分配列ペプチドが高い結合親和性を示すことが明らかとなった。今後は、これらの結合親和性が高い部分配列ペプチドを使用して複合体の構造解析を進める予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成30年度はTLSのRGG3ドメインの部分配列ペプチドを複数検証した。その結果、当初の予定通りテロメアDNAとTERRAに高い結合親和性を示す部分配列ペプチドを見出した。

Strategy for Future Research Activity

今年度は平成30年度に見出した四重鎖核酸との結合親和性が高い部分配列ペプチドを使用し、テロメアDNAとTERRAそれぞれとの複合体の構造を多次元NMR法によって決定する。続いて、RGG3ドメイン全長とテロメアDNAおよびTERRAの複合体の構造情報を多次元NMR法によって取得し、部分配列ペプチドで得られた複合体の詳細な構造情報を活用して解析を進める。

Causes of Carryover

当該年度はテロメアDNAおよびTERRAと高い結合親和性を示すペプチドの探索に終始し、同位体標識化した試料を用いた実験を行わなかったため、同位体標識化に使用予定であった額が未使用となった。当該年度中に結合親和性の高いペプチドが見出されたため、次年度には同位体標識化した試料を用いた多次元NMR解析を計画しており、未使用額はその為に使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] NMR Analysis on Molecular Interaction of Lignin with Amino Acid Residues of Carbohydrate-Binding Module from Trichoderma reesei Cel7A (2019)
  • Author(s): Tokunaga Yuki、Nagata Takashi、Suetomi Takashi、Oshiro Satoshi、Kondo Keiko、Katahira Masato、Watanabe Takashi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 1977～1988
  • DOI: 10.1038/s41598-018-38410-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of key residues for activities of atypical glutathione S-transferase of Ceriporiopsis subvermispora, a selective degrader of lignin in woody biomass, by crystallography and functional mutagenesis (2019)
  • Author(s): Osman Wan Hasnidah Wan、Mikami Bunzo、Saka Naoki、Kondo Keiko、Lin Meng-I、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • Journal Title: International Journal of Biological Macromolecules Volume: 132 Pages: 222～229
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.03.199
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of a serine-type glutathione S-transferase of Ceriporiopsis subvermispora and identification of the enzymatically important non-canonical residues by functional mutagenesis (2019)
  • Author(s): Wan Osman Wan Hasnidah、Mikami Bunzo、Saka Naoki、Kondo Keiko、Nagata Takashi、Katahira Masato
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 510 Pages: 177～183
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.01.076
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiplicity in Long Noncoding RNA in Living Cells (2018)
  • Author(s): Kurokawa, R., Komiya, R., Oyoshi, T., Matsuno, Y., Tani, H., Katahira, M., Hitachi, K., Iwashita, Y., Yamashita, T., Kondo, K., Yoneda, R., Yamaoki, Y., Ueda, N., Mashima, T., Kobayashi, N., Nagata, T., Kiyoishi, A., Miyake, M., Kano, R., Murata, M., Hamad, N., Sasaki, K., Shoji, N.
  • Journal Title: Biomedical Sciences Volume: 4 Pages: 18～23
  • DOI: 10.11648/j.bs.20180402.11
  • Open Access
• [Presentation] NMR studies for the complex of TLS/FUS protein and G-quadruplexes of telomeric DNA and TERRA, which induces telomere shortening (2018)
  • Author(s): Keiko Kondo, Tsukasa Mashima, Takanori Oyoshi, Riki Kurokawa, Naohiro Kobayashi, Takashi Nagata, Masato Katahira
  • Organizer: 第２回長鎖非コードRNA勉強会
• [Presentation] Conformational change detection of translocated in liposarcoma, TLS, upon binding to promoter-associated non-coding RNA, pncRNA (2018)
  • Author(s): N. Hamad, T. Mashima, Y. Yamaoki, K. Kondo, H. Watanabe, T. Uchihashi, R. Kurokawa, T. Nagata, M. Katahira
  • Organizer: International Conference on Biochemistry, Molecular Biology and Biotechnology 2018
  • Int'l Joint Research