新規リボソーマルRNA修飾の同定および機能解析

• 研究課題/領域番号: 11J09964
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 分子生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 木村 聡 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: rRNA / 転写後修飾 / リボソーム / RNA修飾 / ヒドロキシル化

研究概要

生体内においてタンパク質合成を司るリボソームはリボソーマルRNAと呼ばれるRNA(rRNA)とタンパク質からなる超分子複合体である。リボソームの生合成過程においてrRNAは様々な化学修飾を受けることが知られている。リボソームはすべての細胞において必須な分子機械であるが、その修飾に着目した研究は少なく、依然その機能や意義については未知な部分が多く残されている。当該研究員はバクテリアにおけるリボソームの新たな機能調節機構の発見を目指し、rRNAの転写後修飾の研究を行った。
当該研究員はシチジンの5位にヒドロキシル基が付加された5-ヒドロキシシチジン(ho^5C)に着目した。このho^5Cの興味深い点として、修飾率が100%ではないことが挙げられる。このことは細菌が修飾の導入されたリボソームと導入されていないリボソームを使い分けているという新たな可能性を示している。しかしその修飾率の調節および修飾の機能は依然わかっていないため、当該研究員はho^5Cの形成機構および機能に焦点を絞り解析を行った。
まず当該研究者は鉄硫黄クラスター生合成がho^5Cの形成に関与していることを突き止めた。鉄硫黄クラスターを有するタンパク質の活性が細胞内の鉄イオン濃度に依存する例が知られているが、研究員はキレーターを用いた実験によりho^5Cの形成が鉄イオンの濃度に依存していることを突き止めた。この結果は環境中の鉄の枯渇、および再供給によりrRNAの修飾効率が変動するという興味深い現象を示唆している。
鉄イオンが変動する環境の一つとして宿主の動物細胞への感染が挙げられる。実際、病原性細菌であるサルモネラ菌を用いた感染実験を行ったところ、修飾欠損株において宿主細胞への侵入性の上昇が観察され、ho^5Cが感染性を調節していることが示唆された。
本研究はho^5Cの修飾率の調節機構、および機能の一端が明らかとし、さらには細菌がリボソームの修飾を介して、感染性をコントロールしているという新たな概念を提起している。

研究成果

• [雑誌論文] A cyclic form of N^6-threonylcarbamoyladenosine as a widely distributed tRNA hypermodification (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyauchi, K., Kimura, S. and Suzuki, T.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 9 号: 2 ページ: 105-11
  • DOI: 10.1038/nchembio.1137
  • 査読あり
• [雑誌論文] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity (2012)
  • 著者名/発表者名: Kimura S., Ikeuchi Y., Kitahara K., Sakaguchi Y., Suzuki T., Suzuki T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: (掲載確定)(印刷中) 号: 9 ページ: 4071-4085
  • DOI: 10.1093/nar/gkr1287
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of tRNA agmatinylation essential for AUA codon decoding (2011)
  • 著者名/発表者名: Osawa T., Kimura S., Terasaka N., Inanaga H., Suzuki T.
  • 雑誌名: Nature Structural & Molcular Biology 巻: 18 号: 11 ページ: 1275-1280
  • DOI: 10.1038/nsmb.2144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biogenesis of 2-agmatinylcytidine catalyzed by the dual protein and RNA kinase TiaS (2011)
  • 著者名/発表者名: Terasaka N., Kimura S., Osawa T., Numata T., Suzuki T.
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 18 号: 11 ページ: 1268-1274
  • DOI: 10.1038/nsmb.2121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deficit of tRNA(Lys) modification by Cdkall causes the development of type 2 diabetes in mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Wei FY., Suzuki T., Watanabe S., Kimura S., Kaitsuka T., Fujimura A., Matsui H., Atta M., Michiue H., Fontecave M., Yamagata K., Suzuki T., Tomizawa K.
  • 雑誌名: The Journal of Clinical Investigation 巻: 121 号: 9 ページ: 3598-3608
  • DOI: 10.1172/jci58056
  • 査読あり
• [学会発表] RNAヘリケース活性を有したRlmKLによる23Sr RNAのジメチル化とリボソームの生合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木村聡、池内与志穂、北原圭、坂口裕理子、鈴木健夫、鈴木勉
  • 学会等名: 第1回Ribosome meeting
  • 発表場所: 広島
• [学会発表] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity (2011)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kimura, Yoshiho Ikeuchi, Kei Kitahara, Yuriko Sakaguchi, Takeo Suzuki, Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: The 16th annual meeting of the RNA society and the RNA society of Japan 13 th annual meeting
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity in ribosome assembly (2011)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kimura, Yoshiho Ikeuchi, Kei Kitahara, Yuriko Sakaguchi, Takeo Suzuki, Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜,神奈川県