ＲＮＡ修飾が支配する遺伝子発現調節機構の探究と高次生命現象

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22227006
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 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 / RNA修飾酵素

Research Abstract

我々は出芽酵母において、tRNA前駆体の細胞質から核への逆行性の輸送がRNA修飾の生合成に関わることを明らかにした。tRNAPheの37位に存在する嵩高い修飾塩基であるWybutosine (yW)は正確な読み枠の維持に関与することが知られている。その生合成は、核に局在するTrm5p による1-methylguanosine (m1G)の形成でスタートする。その後、我々が同定した4つのTYWタンパク群による連続的な反応により、細胞質においてyWが形成される。しかし、tRNAPhe前駆体はアンチコドンループにイントロンを持つため、tRNAPhe前駆体が細胞質でスプライシングされるまで、yW形成は進行しない。遺伝学的かつ生化学的な解析から、tRNAPhe前駆体はスプライシング後に、再び核に戻り、Trm5pによるm1G37形成が生じ、細胞質へ再輸送後にTYWタンパク群によりyWが形成されることが判明した(Ohira et al., PNAS, 2011)。
我々はアーキア由来tRNAIleのアンチコドン1字目から2-アグマチニルシチジン(agm2C)を発見している(Nat Chem Biol., 2010)。agm2CはGとは対合できずAと対合することでAUAコドンを解読する。また、agm2C合成酵素TiaSを同定し、試験管内でのagm2C再構成に成功した。詳細な反応機構の解析(Terasaka et al, NSMB, 2011)およびtRNAIle-TiaS複合体の結晶構造解析(Osawa et al, NSMB, 2011)から、TiaSがagm2C修飾反応機構を解明した。さらに、TiaSは自身の活性サイトにあるThr残基をリン酸化する活性があることが判明し、RNAとタンパク質の両方を基質にする新規のキナーゼであることも明らかとなった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

出芽酵母において、tRNA前駆体の細胞質から核への逆行性の輸送がRNA修飾の生合成に関わることを明らかにした。この成果は、tRNAが成熟する過程でtRNA前駆体が細胞内をダイナミックに移動することを実験的に証明した成果として大きな意味がある。また、プロジェクト開始直前に報告した新規RNA修飾アグマチジンの生合成機構の解明に大きな進展があった。修飾反応の生化学的な解析と構造生物学的な解析(つくば産総研、沼田博士との共同研究)を並行に進めた結果、RNAとタンパク質の2つの基質をリン酸化するという修飾酵素のユニークな性質と修飾反応機構の全貌を解き明かすことに成功した。NSMB誌に連報として報告できたことは、このプロジェクトの成果である以上に、この分野において日本の研究グループの実力を示すことができたという意味でも特筆すべき成果であると考えている。

Strategy for Future Research Activity

新規修飾構造の同定に関しては、大きな進展が期待できる。化学構造の決定、修飾酵素の同定、試験管内再構成、機能解析などを精力的に行っていきたい。FTSJ1変異に由来する非症候性X連鎖精神遅滞(NS-XLMR)や糖尿病と難聴を併発するMIDDの発症メカニズムに関しても力を入れて取り組んでいきたい。また、ICE-Seq法によるヒトトランスクリプトームにおけるイノシン化部位の網羅的同定に関しても成果をいち早くまとめ、論文発表をめざす。

Research Products

• [Journal Article] Loss of snoRNA impairs ribosomal RNA modification and causes developmental defects in zebrafish. (2012)
  • Author(s): Higa-Nakamine, S., Suzuki, T., Uechi, T., Chakraborty, A., Nakajima, Y., Nakamura, M., Hirano, N., Suzuki, T. and Kenmochi, N.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 40 Pages: 391-398
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gkr700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity. (2012)
  • Author(s): Kimura, S., Ikeuchi, Y., Kitahara, K., Sakaguchi, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 40 Pages: 4071-4085
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gkr1287
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actin-binding protein ABP140 is a methyltransferase responsible for 3-methylcytidine at position 32 of tRNAs in Saccharomyces cerevisiae (2011)
  • Author(s): Noma, A., Yi, S., Katoh, T., Takai, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: RNA Volume: 17 Pages: 1111-1119
  • DOI: doi: 10.1261/rna.2653411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retrograde nuclear import of tRNA precursors is required for modified base biogenesis in yeast (2011)
  • Author(s): Ohira, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 108 Pages: 10502-10507
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1105645108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biogenesis of 2-agmatinylcytidine catalyzed by the dual protein and RNA kinase TiaS (2011)
  • Author(s): Terasaka, N., Kimura, S., Osawa, T., Numata, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol. Volume: 18 Pages: 1268-1274
  • DOI: doi: 10.1038/nsmb.2121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of tRNA agmatinylation essential for AUA codon decoding (2011)
  • Author(s): Osawa, T., Kimura, S., Terasaka, N., Inanaga, H., Suzuki, T. and Numata, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol. Volume: 18,(2011) Pages: 1275-1280
  • DOI: doi: 10.1038/nsmb.2144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficit of Lys-tRNA Modification by Cdkal1 Causes the Development of Type 2 Diabetes in Mice (2011)
  • Author(s): Wei, F., Suzuki, T., Watanabe, S., Kimura, S., Kaistuka, T., Fujimura, A., Matsui, H., Atta, M., Fontecave, M., Yamagata, K., Suzuki, T. and Tomizawa, K.
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 121 Pages: 3598-3608
  • DOI: doi: 10.1172/JCI58056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mitochondrial tRNAs: biogenesis, function, structural aspects and diseases. (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Nagao, A. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Annu Rev Genet. Volume: 45 Pages: 299-329
  • DOI: doi: 10.1146/annurev-genet-110410-132531
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Taurine-containing uridine modifications in tRNA anticodons are required to decipher non-universal genetic codes in ascidian mitochondria. (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Miyauchi, K., Suzuki, T., Yokobori, S., Shigi, N., Kondow, A., Takeuchi, N., Yamagishi, A. and Watanabe, K.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Pages: 35494-35498
  • DOI: doi: 10.1074/jbc.M111.279810
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular basis of dihydrouridine formation on tRNA. (2011)
  • Author(s): Yu, F., Tanaka, Y., Yamashita, K., Suzuki, T., Nakamura, A., Hirano, N., Suzuki, T., Yao, M. and Tanaka, I.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 108 Pages: 19593-19598
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1112352108
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロRNAと核酸医薬のマススペクトロメトリー
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: バイオロジカルマススペクトロメトリー2011 （箱根）
  • Place of Presentation: 箱根高原ホテル(箱根)
  • Invited
• [Presentation] RNA修飾の生合成から細胞内の化学反応を学ぶ
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 生体機能関連化学部会「若手フォーラム」
  • Place of Presentation: 筑波大学（つくば）
  • Invited
• [Presentation] Biogenesis and function of 2-agmatinylcytidine found at the wobble position of archaeal tRNAIle
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: ISNAC2011 第38回国際核酸化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学 クラーク会館（札幌）
  • Invited
• [Presentation] ミトコンドリア脳筋症とtRNAのタウリン修飾欠損 (2011/11/29
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 第223回川崎医学会講演会
  • Place of Presentation: 川崎医科大学（倉敷）
  • Invited
• [Presentation] RNA modifications as naturally-selected chemical diversity involved in various biological processes (2011/12/13)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
  • Invited
• [Remarks] RNAとタンパク質の両方をリン酸化する酵素を世界で初めて発見
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/public/public01_231017_j.html
• [Remarks] アグマチニルシチジンはRNAとタンパク質の両方をリン酸化する酵素により生合成される
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/3819