RNA修飾が関与する遺伝子発現調節機構と高次生命現象

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19207013
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 教授 (20292782)
• Keywords: RNA修飾 / RNAエディティング / RNAマススペクトロメトリー / イノシン / tRNA / mRNA / リボヌクレオーム解析 / RNA修飾酵素

Research Abstract

本プロジェクトではRNAの質的な側面、特にRNAの転写後修飾に着目し、RNAが関与する遺伝子発現調節機構と高次生命現象の探索と解明を目的とする。バクテリアにおいて、AUAコドンを解読するイソロイシンtRNA(tRNA^<Ile>)のアンチコドン1字目には、ライシジン(Lysidine ; L)という側鎖にリジンを持ったシチジンの誘導体が存在し、この修飾によりtRNA^<Ile>のコドン解読能がAUGからAUAへと変化し、またアミノ酸受容能がメチオニンからイソロイシンへとスイッチすることが知られている。したがって、AUAコドンの翻訳にはLの修飾が不可欠である。我々は先行研究でライシジン合成酵素TilS(tRNA^<Ile> lysidine synthetase)を同定している。アーキア(古細菌)においても、tRNA^<Ile>のアンチコドン1字目にシチジンの誘導体が存在することが知られていたが、その化学構造については未同定であった。今回、我々はHaloarcula marismortuiからtRNA^<Ile>を単離精製し、アンチコドン1字目に存在する修飾塩基の化学構造を決定したところ、シチジンの2位にアグマチンが結合した新規RNA修飾であることが判明し、アグマチジン(2-アグマチニルシチジン,agm^2C)と命名した。生化学的な実験により、アグマチジンはAUAコドンの解読に必要であることが判明した。アグマチンはアルギニンが脱炭酸して生じるポリアミンの一種であり、アーキアではアルギニン脱炭酸酵素が生育に必須である理由をうまく説明できる。安定同位体標識したアグマチンを培地に添加し細胞を培養し、単離したtRNA^<Ile>を質量分析計で解析したところ、培地に加えたアグマチンがアグマチジンに直接取り込まれていることを明らかにした。また、アクマチジン合成酵素を同定するため比較ゲノム解析により候補遺伝子を絞り込み、組み換えタンパク質を取得して、in vitroでのアグマチジン再構成実験を行ったところ、COG1571に分類される遺伝子産物が、アグマチンとATPを基質としてtRNA^<Ile>のアンチコドン1字目にアグマチジンを合成することを明らかとした。この酵素をアクマチジン合成酵素TiaS(tRNA^<Ile> agm^2C synthetase)と命名した。以上の成果はNature Chemical Biology誌(4月号)のarticleとして掲載された。現在アグマチジン形成の詳細な分子機構について解析を行っている。

Research Products

• [Journal Article] Fine-tuning of the ribosomal decoding center by conserved methyl-modifications in the Escherichia coli 16S rRNA (2010)
  • Author(s): Kimura, S., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 38 Pages: 1341-1352
• [Journal Article] Agmatine-conjugated cytidine in tRNA anticodon essential for AUA decoding in archaea (2010)
  • Author(s): Ikeuchi, Y., Kimura, S., Numata, T., Nakamura, D., Yokogawa, T., Ogata, T., Wada, T., Suzuki, T., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nat Chem Biol. 6 Pages: 277-282
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery and characterization of tRNA^<lle> lysidine synthetase (TilS) (2010)
  • Author(s): Suzuki, T., Miyauchi, K.
  • Journal Title: FEBS Lett. 584 Pages: 272-277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A biochemical identification of A-to-I RNA editing sites by the Inosine Chemical Erasing (ICE) method (2010)
  • Author(s): Sakurai, M., Suzuki, T.
  • Journal Title: Methods in Mol Biol, (印刷中(掲載確定))
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of AdoMet-dependent aminocarboxypropyl transfer reaction catalyzed by tRNA-wybutosine synthesizing enzyme, TYW2 (2009)
  • Author(s): Umitsu, M., Nishimasu, H., Noma, A., Suzuki, T., Ishitani, R., Nureki, O.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 106 Pages: 15616-15621
• [Journal Article] The ordered transcription of RNA domains is not essential for ribosome biogenesis (2009)
  • Author(s): Kitahara, K., Suzuki, T.
  • Journal Title: Mol Cell. 34 Pages: 760-766
• [Journal Article] Structural basis for translational fidelity ensured by tRNA lysidine synthetase (2009)
  • Author(s): Nakanishi K., Bonnefond, L., Kimura, S., Suzuki, T., Ishitani, R., Nureki, O.
  • Journal Title: Nature 461 Pages: 1144-1148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 3D-structure of mammalian mitochondrial tRNA^<Asp> revealed by solution probing and phylogeny (2009)
  • Author(s): Messmer, M., Putz, J., Suzuki, T., Suzuki, T., Sauter, C., Sissler, M., Florentz, C.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 37 Pages: 6881-6895
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biogenesis of glutaminyl-tRNA^<Gln> in human mitochondria (2009)
  • Author(s): Nagao, A., Suzuki, T., Katoh, T., Sakaguchi, Y., Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 106 Pages: 16209-16214
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The R336Q mutation in human mitochondrial EFTu prevents the formation of an active mt-EFTu・GTP・aa-tRNA ternary complex (2009)
  • Author(s): Valente, L., Shigi, N., Suzuki, T., Zeviani, M.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta. 1792 Pages: 791-795
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aquifex aeolicus tRNA (N^2, N^2-guanine)-dimethyltransferase (Trml) catalyzes transfer of methyl groups not only to guanine 26 but also to guanine 27 in tRNA (2009)
  • Author(s): Awai, T., Kimura, S., Tomikawa, C., Ochi, A., Ihsanawati, Bessho, Y., Yokoyama, S., Ohno, S., Nishikawa, K., Yokogawa, T., Suzuki, T., Hori, H.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 284 Pages: 20467-20478
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biogenesis and functions of thio-compounds in transfer RNA : comparison of bacterial and eukaryotic thiolation machineries (2009)
  • Author(s): Noma, A., Shigi, N., Suzuki, T.
  • Journal Title: DNA and RNA modification enzymes (Book LANDES), ed Grosjean, H. Pages: 392-405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The TDRD9-MIWI2 complex is essential for piRNA-mediated retrotransposon silencing in the mouse male germline Germline (2009)
  • Author(s): Shoji, M., Tanaka, T., Hosokawa, M., Reuter, M., Stark, A., Kato, Y., Kondoh, G., Okawa, K., Chujo, T., Suzuki, T., Hata, K., Martin, S.L., Noce, T., Kuramochi-Miyagawa, S., Nakano, T., Sasaki, H., Pillai, R.S., Nakatsuji, N., Chuma, S.
  • Journal Title: Dev Cell 17 Pages: 775-787
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Novel wobble modification in tRNAIle responsible for decoding AUA codon in archaeal species ; convergent evolution of the decoding system across domains of life (2010)
  • Author(s): Satoshi Kimura, Yoshiho Ikeuchi, Tomoyuki Numata, Daigo Nakamura, Takashi Yokogawa, Kazuya Nishikawa, Takeshi Wada, Takeo Suzuki, Tsutomu Suzuki
  • Organizer: The 23rd tRNA workshop
  • Place of Presentation: Aveiro (Portugal)
  • Year and Date: 20100128-20100201
• [Presentation] RNAの直接解析で見えてきたもの～microRNAが有する質的な情報と選択的安定化機構～ (2010)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 臨床応用を目指した最前線セミナー～microRNAを標的とした診断・治療の開発に向けて～
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-02-15
• [Presentation] A landscape of A-to-I RNA editing in human transcriptome : a hidden layer of gene expression produced by qualitative information embedded in RNA molecules (2009)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜(神奈川)
  • Year and Date: 20091209-20091212
• [Presentation] 出芽酵母tRNA前駆体の細胞質から核への逆行性の輸送が塩基修飾の形成に関わる (2009)
  • Author(s): 大平高之, 鈴木勉
  • Organizer: 第11回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 20090727-20090729
• [Presentation] RNAドメインの序列的な転写はリボソームの生合成に必須ではない (2009)
  • Author(s): 北原圭, 鈴木勉
  • Organizer: 第11回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 20090727-20090729
• [Presentation] Direct analysis of small non-coding RNAs by mass spectrometry (2009)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: Joint Symposium of the 5th Annual Meeting of OTS and The 19th Antisense Symposium
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2009-11-06
• [Presentation] RNAの直接解析で見えてきたもの (2009)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 第82回日本生化学会年会(トップランナーズレクチャー)
  • Place of Presentation: 神戸(兵庫)
  • Year and Date: 2009-10-23
• [Presentation] RNAの直接解析で見えてきたもの～microRNAが有する質的な情報と選択的安定化機構～ (2009)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: KASTセミナー,機能性RNAコース～機能性RNAの歴史と応用展開～
  • Place of Presentation: 川崎
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Presentation] Circular permutants of the ribosomes in the cell (2009)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: Experimental biology 2009
  • Place of Presentation: New Orleans USA
  • Year and Date: 2009-04-18
• [Book] 細胞工学 (2010)
  • Author(s): 鈴木勉、鈴木健夫
  • Total Pages: 7
  • Publisher: ミトコンドリア脳筋症とtRNAのタウリン修飾欠損
• [Book] mRNAプログラムー多様性と非対称性の獲得戦略(蛋白質核酸酵素12月増刊号) (2009)
  • Author(s): 櫻井雅之、矢野孝紀、岡田俊平、竹内祐樹、鈴木勉
  • Total Pages: 7
  • Publisher: mRNA塩基修飾・編集と遺伝子発現制御機構
• [Book] 実験医学Vol.27 (No.11)7月号 (2009)
  • Author(s): 加藤敬行、鈴木勉
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 細胞質に局在するGLD-2によ3'末端アデニル化とmiRNAの選択的安定化機構
• [Remarks]
  • URL: http://rna.chem.t.u-tokyo.ac.jp/