Cryo-EM structure of minimal protein-only RNase P, HARP reveals structural insights into precursor tRNA recognition and catalysis

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06032
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Teramoto Takamasa 九州大学, 農学研究院, 助教 (80868993)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: リボヌクレアーゼP / tRNAプロセシング酵素 / クライオ電子顕微鏡単粒子解析 / 収斂進化

Outline of Final Research Achievements

Life has generated various enzymes with different functions ｔhrough evolution. Among them, Ribonuclease P (RNase P) enzymes cleave the 5'-leader region of precursor tRNAs. RNase P exists in two distinct forms: one with RNA molecules catalyzing the reaction and another with protein molecules catalyzing it. Despite this difference, both types carry out the same enzymatic reaction. Therefore, comparison of the two reaction mechanisms of RNase P is highly suitable for studying enzyme diversity and molecular evolution. Thus, we determined the three-dimensional structure of HARP, a protein-type RNase P found in bacteria and archaea, using cryogenic electron microscopy single particle analysis, and elucidate the structural basis of the reaction mechanism of protein-type RNase P at the atomic level.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、酵素の多様性とダイナミックな分子進化を考察することができた。タンパク質とRNAというまったく異なる分子種が、同じ基質（pre-tRNA）を認識するために、原子レベルで類似の基質認識機構を持つことに至った収斂（しゅうれん）進化の例を提供した。RNase Pは、同一の触媒反応をするにもかかわらずさまざまな形態の酵素が存在し、酵素の多様性とのダイナミックな分子進化を示している非常に興味深い酵素である。RNase Pの構造学的知見により、「RNAワールド仮説」を考える上で、どのようにRNAの役割がタンパク質へ移行したのか、タンパク質が機能を持つための生命の戦略も考察できるであろう。