新規機能配列選択法を用いたリボソームRNAの機能解析

• 研究課題/領域番号: 15030206
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 勉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20292782)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円); 2004年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円); 2003年度: 3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
• キーワード: リボソーム / リボソームRNA / タンパク合成 / 23S rRNA / 16S rRNA / ペプチド転移反応 / 暗号解読 / 翻訳精度

研究概要

SSER法は特定遺伝子の機能部位において、完全にランダムな配列から機能配列のみをin vivoで選択する方法で、研究代表者が考案した全く新しい機能配列解析法である。本研究ではSSER法を用い、リボソームRNA(rRNA)の機能解析を行うことを目的とした。特に23S rRNAのペプチド転移反応と16S rRNAのコドン解読能に焦点をあてる。リボソームRNAの機能部位を完全にランダマイズし、リボソームの機能に必須な配列のみを細胞内で選択することによりリボソームRNAの機能を解析する。また迅速な選択であるため、リボソームの本質的な機能には影響しないものの、活性が低いがために自然選択で排除されてきたような、変異体を選択できる点が特徴でもある。したがって進化的な保存性からは見逃されていた真の機能的な保存性を知ることができ、rRNAの本質的な役割を抽出することができる。また、本手法を用いてリボソームRNAに系統的な欠失・短縮変異、あるいは挿入変異を導入することが可能である。本年度の成果として以下のことが挙げられる。全146個のRNAヘリックスのうち40箇所で短縮あるいは欠失が可能であった。欠失変異を組み合わせることで、100塩基以上の短縮に成功した。また、トランスポゾンTn5を用いた系統的挿入変異導入を行い、23Sr RNAに36箇所、16S rRNAに16箇所の挿入変異体を得た。これら挿入可能部位は、真核rRNAで伸張している全18領域のうち13領域に一致したことから、真核生物のrRNAは進化の過程で挿入変異を繰り返すことで、新たな機能ドメインを獲得したことが強く示唆された。また、rRNAは短縮・挿入・分断化などの変異に対してフレキシブルであり、rRNAの変化が進化の過程においてリボソームアーキテクチャーを改変する原動力になっている可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Mitochondria-specific RNA-modifying enzymes responsible for the biosynthesis of the wobble base in mitochondrial tRNAs : Implications for the molecular pathogenesis of human mitochondrial diseases. (2005)
  • 著者名/発表者名: Umeda, N., Suzuki, T., Yukawa, M., Ohya, Y., Shindo, H., Watanabe, K., Suzuki.T^*
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 280 ページ: 1613-1624
• [雑誌論文] Molecular mechanism of a human mitochondrial disease caused by a tRNA wobble modification deficiency (2005)
  • 著者名/発表者名: Kirino, Y., Suzuki, T.
  • 雑誌名: RNA biology (In press)
• [雑誌論文] Biosynthesis and function of tRNA wobble modifications (2005)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T.
  • 雑誌名: Topics in Current Genetics (Springer-verlag) (In press)
• [雑誌論文] Codon-specific translational defect caused by a wobble modification deficiency in mutant tRNA from a human mitochondrial disease (2004)
  • 著者名/発表者名: Kirino, Y., Yasukawa, T., Ohta, S., Akira, S., Ishihara, K., Watanabe, K., Suzuki, T.^*
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 101 ページ: 15070-15075
• [雑誌論文] Substrate tRNA recognition mechanism of tRNA (m7G46) methyltransferase from Aquifex aeolicus (2004)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, H., Watanabe, K., Ikeuchi, Y., Suzuki, T., Endo, Y., Hori, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 279 ページ: 49151-49159
• [雑誌論文] Glimpses of transitions from the RNA world to the RNP world in protein compensation for RNA deficit in animal mitochondrial translation systems. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T., Ohtsuki, T., Watanabe, K.
  • 雑誌名: Endocytobiosis Cell Res 15 ページ: 110-122
• [図書] 医学のあゆみ (2004)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 医歯薬出版
• [産業財産権] 生体高分子の解析方法 (2004)
  • 発明者名: 鈴木 勉, 坂口裕理子
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 2004-339033
  • 出願年月日: 2004-11-24
• [文献書誌] Soma, A., Ikeuchi, Y., Kanemasa, S., Kobayashi, K., Ogasawara, N., Ote, T., Kato, J., Watanabe, K., Sekine, Y., Suzuki, T.: "An RNA-modifying enzyme that governs both the codon and amino acid specificities of isoleucine tRNA."Mol Cell. 12. 689-698 (2003)
• [文献書誌] Nakai, Y., Umeda, N., Suzuki, T., Nakai, M., Hayashi, H., Watanabe, K., Kagamiyama, H.: "Yeast Nfs1p is involved in thio-modification of both mitochondrial and cytoplasmic tRNAs."J.Biol.Chem.. In press. (2004)
• [文献書誌] Hino, N., Suzuki.T..Yasukawa, T., Seio, K.; Watanabe, K., Ueda, T.: "The pathogenic A4269G mutation in human mitochondrial tRNAIle alters the T-stem structure and decreases the binding affinity of elongation factor Tu"Genes Cells. 9. 243-252 (2004)
• [文献書誌] Terasaki, M., Suzuki T., Hanada, T., Watanabe, K.: "Functional compatibility of elongation factors between mammalian mitochondrial and bacterial ribosomes : Characterization of GTPase activity and translation elongation by hybrid ribosomes bearing heterologousL7/12proteins"J.Mol.Biol. 336. 331-342 (2004)
• [文献書誌] Limongelli, A., Schaefer J., Jackson, S., Invernizzi, F., Kirino, Y., Suzuki.T., Reichmann, H., Zeviani, M.: "Variable penetrance of a familial progressive necrotizing encephalopathy due to a novel tRNAlle homoplasmic mutation in the mitochondrial genome"J.Med.Genet.. In press. (2004)
• [文献書誌] Kurata, S., Ohtsuki, T., Suzuki, T., Watanabe, K.: "Quick two-step RNA ligation employing periodate oxidation."Nucleic Acids Res.. 31. e145 (2003)
• [文献書誌] 鈴木 勉(監修): "特集「リボヌクレオーム:機能性RNAが活躍する転写後の世界」(細胞工学(9月号)Vol.22(No.9))"秀潤社. 936-938 (2003)