細菌の非コードRNAの作動原理の解明と創薬への展開

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K21281
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 沼田 倫征 九州大学, 農学研究院, 准教授 (10401564)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 非コードRNA / リボスイッチ / 遺伝子の発現調節 / 細菌 / PreQ1 / tRNA

Outline of Annual Research Achievements

細菌mRNAの5’非翻訳領域に存在するリボスイッチは、それに対応するリガンドと結合して、下流にある当該リガンドの合成や輸送に関わる遺伝子の発現を調節する。リボスイッチに結合するリガンドは、各種補酵素や核酸塩基であり、細菌の増殖にとって不可欠な化合物である。リボスイッチが細菌に特有の非コードRNAであること、かつ、細菌の増殖に不可欠な遺伝子産物の産生を調整することから、リボスイッチは新たな抗生剤の標的として期待できる。本年度は、PreQ1（核酸塩基であるキューオシンの前駆体）の生合成や輸送に関わる遺伝子の発現を調節するpreQ1リボスイッチと結合する低分子化合物を合成して、その生物活性を構造と機能の両面から解析した。まず、これまでに得られていたpreQ1リボスイッチに結合する化合物の化学構造を基盤にして、５種類の新たな化合物を合成した。次に、in vitroにおけるtranscription termination assayにより、当該化合物がpreQ1リボスイッチの下流遺伝子の発現を抑制できるかどうか検討した。その結果、１種類の化合物の転写抑制活性が親化合物よりも向上していることが明らかとなった。一方、他の化合物は親化合物と同程度の活性を保持する、もしくは、親化合物よりも転写抑制活性が低下していた。次に、親化合物と比較して転写抑制活性の向上していた化合物とpreQ1リボスイッチとの複合体を結晶化した。放射光施設にて結晶の回折データを取得し、立体構造を決定した。その結果、当該化合物がリボスイッチのpreQ1結合部位に結合していることが明らかになった。当該化合物は主に、リボスイッチの塩基とのスタッキングと保存された塩基との水素結合により認識されていた。