Molecular basis of 3'-5' polymerase in a diverse RNA recognition

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K06519
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 中村 彰良 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (10583891)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線結晶構造解析 / tRNA修飾 / アミノアシルtRNA合成酵素 / DNA/RNAポリメラーゼ / 核酸 / タンパク質 / 鋳型依存伸長反応 / 逆向き重合

Outline of Annual Research Achievements

核酸合成を担う酵素は全て5′-3′方向に塩基伸長するというのは長らく定説であったが、逆向きの3′-5′方向へ塩基伸長する酵素Thg1が発見され注目を浴びて いる。しかし、なぜThg1には逆方向の塩基伸長活性が現存するのか、その生物学的意義の解明には至っていない。最近Thg1がtRNA以外の多様なRNAを認識するこ とが示唆されているが、未だ生体内RNAは同定されておらず、Thg1がどのように多様なRNAを認識するか不明である。本研究では、ヒトThg1のtRNAHis成熟におけるヌクレオチド認識機構を解析し、これまで研究されてきた真菌由来Thg1とは異なり、RNA認識に応じて2種類のヌクレオチド認識機構を有することを明らかにした。この内、ヒトThg1に特有なU:A塩基対形成によって生成される tRNA断片は、乳がん細胞等でpiRNAとして機能することが報告されており、逆方向の塩基伸長活性の新たな生体内機能を提唱した。さらに、これまでに報告され ていないヒトThg1とミトコンドリアtRNAとの共結晶化を行い、新たなヒトThg1の構造解析にも成功し、ヒトThg1のC末端ドメインとtRNAの結合がヌクレオチド認識にも関与することが示唆された。上記ヒトThg1のRNA認識とヌクレオチド認識の関連性をまとめ、論文発表した(Nakamura A., et. al., (2021), RNA, 27(6) 665-675)。さらに、シロイヌナズナが有する2種類のThg1(AtThg1-1、AtThg1-2)の機能解析に取り組み、大腸菌発現系を用いてAtThg1-1を大量調製することに成功している。大量調製したAtThg1-1とin vitro転写にて調製したtRNAHisと共結晶化を実施したが、現在まで初期結晶は得られていない。