クライオ電子顕微鏡による、転写翻訳複合体の構造解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06518
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 横山 武司 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20719447)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リボソーム / RNAポリメラーゼ / 翻訳 / 転写 / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析

Outline of Annual Research Achievements

セントラルドグマにおいて、DNAに保存された遺伝情報をRNAに写しとる「転写」、その後 RNA上にコードされた核酸配列を、タンパク質を構成するアミノ酸の配列へと変換する「翻訳」は、遺伝子発現の根源を担う重要な過程である。本研究課題では、原核生物のRNAポリメラーゼ（RNAP）による「転写」とリボソーム による「翻訳」が協調的に行われる様子の可視化を、クライオ電子顕微鏡単粒子解析を用いて取り組んでいる。前年度着手した、RNAP上でリボソームが翻訳開始をおこなっている様子を詳細に捉えるため、いくつかのmRNAのコンストラクトを用意し構造解析に最適な複合体の調製に取り組んだ。急速凍結装置を用いて複合体を凍結し、クライオ電顕グリッドをクライオ専用の透過型電子顕微鏡に挿入し大規模なデータ取得を行った。取得したデータセットは多様な複合体を含んでいたため、Relionプログラムを用いた画像分類により構造多型解析を行った。その結果、翻訳開始過程の複数のステップでリボソームとRNAPが共存する様子を明らかにした。さらに、取得したクライオ電子顕微鏡の密度マップに対して原子モデルの構築を行い、翻訳開始が転写と協調して行われる作用機序の詳細を考察した。本研究課題の取り組みによって、RNAPがリボソームに直接結合する様子が観察され、翻訳開始過程で転写直後のmRNAがどのようにリボソームに取り込まれるかの詳細が明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

RNAPから表出したmRNAをリボソームの30Sが翻訳開始過程で捉える様子の可視化に成功したため。

Strategy for Future Research Activity

今後は構造生物学的手法で捉えた構造情報をもとに、生化学実験による機能解析を行い、作用機序の詳細を明らかにしていく予定である。

Causes of Carryover

実験の進捗に合わせ適宜試薬等購入したため。次年度も研究の進捗に合わせて計画的に試薬等の購入を行う。