RNAの起源と進化

• 研究課題/領域番号: 04272101
• 研究種目: 重点領域研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岡田 典弘 東京工業大学, 生命理工学部, 教授 (60132982)
• 研究分担者: 田仲 可昌 筑波大学, 生物科学系, 教授 (80091908) ; 大澤 省三 生命誌研究館, 顧問 (10034620) ; 菊池 洋 (菊地 洋) 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (40273320) ; 隈 啓一 京都大学, 理学部, 助手 (10221938) ; 村田 茂範 東京工業大学, 生命理工学部, 教務職員 ; 村田 成範 東京工業大学, 生命理工学部, 教務職員 ; 坂本 健作 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (50240685) ; 宮田 隆 京都大学, 理学部, 教授 (20022692)
• 研究期間 (年度): 1992 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 83,500千円 (直接経費: 83,500千円); 1995年度: 19,900千円 (直接経費: 19,900千円); 1994年度: 20,600千円 (直接経費: 20,600千円); 1993年度: 20,500千円 (直接経費: 20,500千円); 1992年度: 22,500千円 (直接経費: 22,500千円)
• キーワード: RNAワールド / リボザイム / tRNA / アミノアシルtRNA合成酵素 / tRNAアイデンティティー / 古細菌 / 真核生物 / 真正細菌 / レトロポゾン / アミノアシル合成酵素 / 進化 / アイデンティティ / 微量塩基成分 / RNA世界 / リジンtRNA / プライマー / 逆転写 / RNaseP

研究概要

当研究班では,RNAワールドの概念に基づき,RNAの起源と進化に焦点をあてて,RNA機能構造の成立機構を明らかにすることを目的とした.そのため,(1)RNAワールドにおいて機能していたと考えられるRNAに関して,現存するリボザイムの構造と反応機構の解明,ならびに,新しい機能を付与したRNAのSELEX法による創出,の二つの視点から研究を試みるとともに,(2)RNAワールド成立後に,特にタンパク質生合成に関わるRNAおよびタンパク質が,構造と機能を進化させてきたプロセスをたどることにより,RNAワールドにおける実体に迫ることを試みた.その成果は,
(1)RNasePの構成成分であるM1RNAをもとに,新規の自己切断RNAを構築することによって,リボザイム機能の詳細を明らかにした.RNAワールドにおいて重要な反応と想定されるライゲーション反応が,RNAのみで自発的に行われることを発見した.SELEX法により,様々な機能性RNA分子を創出することに成功し,それらがRNAワールドにおいて果たしていたと考えられる役割について議論することができた.
(2)tRNAのアイデンティティー決定機構を,大腸菌,酵母などの生物種について生化学的な手法と遺伝学的な手法を組み合わせることにより,ほぼ完全に解明した.アミノアシルtRNA合成酵素については,ヒトの遺伝子の大半をクローニングすることに成功した.そして,古細菌,真核生物,真正細菌の酵素の系統関係に基づいて,起源を明らかにした.生物種間などでの水平伝搬が起こったことが示唆された.以上により,tRNAとアミノアシルtRNA合成酵素の進化過程を知ることができた.他方,古細菌tRNAに広く存在するアーケオシンという修飾ヌクレオシドが,真正細菌や真核生物において別の機能を担うキューオシンと同様の塩基交換反応によって生合成されるということを明らかにした.

研究成果

• [文献書誌] Takasaki,N.: "Characterization of Species-Specifically Amplified SINEs in Three Salmonid Species-Chum Salmon,Pink Salmon,and Kokanee:the Local Environment of the Genome may be Important for the Generation of a Dominant Source Gene at a Newly Retroposed Locus" J.Mol.Evol. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Murata,S.: "Details of Retropositional Genome Dynamics that Provide a Rationale for a Generic Dividion:the Distinct Branching of all the Pacific Salmon and Trout(Oncorhynchus)from the Atlantic Salmon and Trout(salmo)" Genetics. (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] N.Takasaki, L.Park, M.Kaeriyama, A.J.Gharett and N.Okada: "Characterization of Species-Specifically Amplified SINEs in Three Salmonid Species-Chum Salmon, Pink Salmon, and Kokanee : the Local Environment of the Genome may be Important for the Generation of a Dominant Source Gene at a Newly Retroposed Locus." J.Mol.Evol.(in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Murata, N.Takasaki, M.Saitoh, H.Tachida and N.Okada: "Details of Retropositional Genome Dynamics that Provide a Rationale for a Generic Dividion : the Distinct Branching of all the Pacific Salmon and Trout (Oncorhynchus) from the Atlantic Salmon and Trout (salmo)." Genetics. 142, (in press).
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M. Matsuo, Y. Abe, Y. Sarita, and N. Okada: "Mollusk gene encoding lysine tRNA(UUU)contain introns." Gene. 165. 249-253 (1995)
• [文献書誌] Y. Kido, M. Saito, S. Murata, and N. Okada: "Evolution of the Active Squenceof the HpaI Short interspersed Elements." J. Mol. Evol.41. 986-995 (1995)
• [文献書誌] S. Murata, N. Takasaki, M. Saitoh II Tachida, and N. Okada: "Details of Retropositional Genome Dynamics That Provide a Rationale for a Generic: The Distinct Branching of All the Pacific Salmon and Trout From The Atlantic Salmon and Trout." Genetics. 142. in press (1996)
• [文献書誌] ,N. Takasaki, L. Park, M. Kaeriyama A. J. Gharett, and N. Okada: "Characterization of Species-Specifically Amplified SINEs in Three Salmonid Species-Chum Salmon, Pink Salmon, and Kokanee: The Local Environment of theGenome May be Important for the Generation of a Dominant Source Gene at a Newlv Retroposed Locus." J. Mol. Evol.(in press). (1996)
• [文献書誌] Takasaki N.,Murata S.,Saitoh M.,Okada N.: "Species-specific amoplification of tRNA-derived SINEs via retroposition;a process of parasitization of entire genomes during the evolution of salmonids." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 91. 10153-10157 (1994)
• [文献書誌] Sakagami H.,Ohshima K.Mukoyama H.,Yasue H.and Okada N: "A novel tRNA specied as an origin of short interspersed repetitive elements(SINEs);Equine SINEs may have originated from tRNA^<Ser>." J.Mol.Biol.239. 731-735 (1994)
• [文献書誌] Kido Y.,Himberg M.,Takasaki N.,Okada N.: "Amplification of distinct subfamilies of short interspersed elements(SINEs)during evolution of the Salmonids." J.Mol.Biol.241. 633-644 (1994)
• [文献書誌] Ohshima,K.and Okada N.: "Generality of tRNA origin of short interspersed repetitive elements( SINEs);Characterization of three different tRNA-derived retroposons in the octpus." J.Mol.Biol.243. 25-37 (1994)
• [文献書誌] Yokobori S.,Hasegawa M.,Ueda T.,Okada N.: "Rlationship among coelacanths,Lungfishes,and Tetrapods:A phylogeneic analysis based on mithochondrial cytochrome oxidaze I gene sequence." J.Mol.Evol.38. 602-609 (1994)
• [文献書誌] Okada,N.,Ohshima,K.: "A model for the mechanism of initial generation of short inerspered elements(SINEs)" J.Mol.Evol.37. 167-170 (1993)
• [文献書誌] Kojima,S.,Murata,S.,Okada,N.: "Close phylogenetic relationship between Vestimentifera(tube worms)and Annelida revealed by the amino acid sequence of elongation factor-la" J.Mol.Evol.37. 66-70 (1993)
• [文献書誌] Murata,S.,Takasaki,N.,Saitoh,M.,Okada,N.: "Determination of the phylogenetic relationships among Pacific salmonide using short interspersed elements(SINEs)as Temporal landmarks for evolution" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 90. 6995-6999 (1993)
• [文献書誌] Okada,N.,Machida,Y.: "Molecular characterization of a short interspersed repetitive element(SINE)from tobacco that exhibits sequence homology to specific tRNAs." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 90. 6562-6566 (1993)
• [文献書誌] Ohshima,K.,Koishi,R.,Matsuo,M.,Okada,N.: "Several SINEs in distant species may have originated from a common ancestral retrovirus:characterization of a squid SINE and a possible mechanism for generation of tRNA-derived retroposons." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 90. 6260-6264 (1993)
• [文献書誌] Okada.N and Oshima.K: "A model for the mechanism of generation of short interepersed elements.(SINs)" J.Mol.Evol.
• [文献書誌] Oshima.K, Koishi.R Matsuo.M,and Okada.N: "Several SINEs in distant species may have origlnated from a common ancestral retrovlrus,characterization of tRNA-derived retroposons." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.
• [文献書誌] Okada.N: "Shaping and reshaping of salmonid genomes by amplification of tRNA-derived retroposon during evolution" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 88. 2326-2330 (1991)
• [文献書誌] Miyata.T: "Evolution of RNA polymerases and brancing patterns of the three major groups of archaebacteria." J.Mol.Evol. 32. 70-78 (1991)
• [文献書誌] Kikuchi.Y: "Site-specific cleavage of natural mRNA sequences by newly designed hairpin catalytic RNAs." Nucleic Acids Res. 19. 6751-6755 (1991)
• [文献書誌] Ohsawa.S: "Evolution of the mitochondrial genetic code ZZZ.Reassignment of CUN codons from leucine to threonine during evolution of yeast mitochondria." J.Mol.Evol. 30. 322-328 (1990)