hnRNP D、FMRP及びアプタマーによる遺伝情報発現制御の分子基盤

• 研究課題/領域番号: 15030214
• 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: 横浜国立大学
• 研究代表者: 片平 正人 横浜国立大学, 大学院・環境情報研究院, 助教授 (70211844)
• 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: hnRNP / テロメア / テロメラーゼ / 4重鎖 / 癌化 / 立体構造 / NMR / アプタマー / DNAシャペロン / hnRNP D / Tat / RNAアプタマー / Musashi / RNA結合タンパク質

研究概要

(1)hnRNP Dタンパク質-テロメアDNA
テロメア配列DNA d(TTAGGG)とhnRNP Dタンパク質の2つ目の核酸結合ドメイン(BD2)の複合体の構造をNMRにより決定した。BD2はd(TTAGGG)のT2,A3,G4の3残基と主に相互作用していることが分かった。T2の塩基はY244,E253及びK255の側鎖と水素結合を形成していた。A3及びG4の塩基は各々F185及びF227とスタッキング相互作用をしていた。またA3の塩基はA257及びM258と疎水相互作用を、一方G4の塩基はK183の側鎖及びM258の主鎖と水素結合を形成していた。G4に関しては、リン酸基との静電相互作用も見られた。
テロメア配列のDNAは生理的なイオン環境下で、容易に4重鎖構造を形成する。hnRNP Dは複合体形成に伴ってこの4重鎖をアンフォールドする事が滴定実験より分かった。この活性を利用してDNAに対する分子シャペロンとして働く事で、hnRNP Dはテロメア伸長を制御している可能性がある。
(2)HIV Tatタンパク質-RNAアプタマー
Tatタンパク質のRNA結合部位の部分ペプチドであるRKKRRを用いRNAアプタマーとの複合体の解析を行った。RKKRRの添加によってRNAアプタマーに大きな構造変化が生じることが分かった。またアルギニンアミドはRNA1分子あたり2分子結合したのに対し、RKKRRはRNAアプタマー1分子あたり1分子のみ結合することが分かった。RNAアプタマーには上下2つのタンパク質結合ドメインがある。RNAとRKKRR間の分子間NOEに基づき、結合様式の概略を決定した。上下の結合ドメインでTatタンパク質の異なる2つのアルギニン残基と同時に結合することで、RNAアプタマーは高い親和性を発揮していると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of hnRNP D: single-stranded telomere DNA complex and unfolding of quadruplex by hnRNP D (2005)
  • 著者名/発表者名: Enokizono 他
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. (印刷中)
• [雑誌論文] Method for direct discrimination of intra- and intermolecular hydrogen bonds, and characterization of the G(:A):G(:A):G(:A):G heptad, with scalar couplings across hydrogen bonds (2004)
  • 著者名/発表者名: Sotoya 他
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 32 ページ: 5113-5118
• [雑誌論文] Structure, stability and application to functional DNA/RNA of unique quadruplex (2004)
  • 著者名/発表者名: Niyada 他
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res.Suppl. 4 ページ: 277-278
• [雑誌論文] Structure of RNA aptamer for HIV Tat complexed with Tat-derived peptide (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsugami 他
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res.Suppl. 4 ページ: 111-112
• [雑誌論文] DNAの異常構造とそれをときほぐすDNAシャペロン (2004)
  • 著者名/発表者名: 片平正人
  • 雑誌名: 生物物理 44 ページ: 10-15
• [文献書誌] Matsugami 他: "Structural basis of the highly efficient trap of the HIV Tat protein by an RNA aptamer"Structure. 11. 533-545 (2003)
• [文献書誌] Matsugami 他: "Intramolecular higher-order packing of parallel quadruplexes comprising a G:G:G:G tetrad and a G(:A):G(:A):G(:A):G heptad of GGA triplet repeat DNA"J.Biol.Chem.. 278. 28147-28153 (2003)
• [文献書誌] Miyanoiri 他: "Origin of higher affinity to RNA of the N-terminal RNA-binding domain than that of the C-terminal one of a mouse neural protein, Musashi1, as revealed by comparison of their structures, modes of interaction, surface electrostatic potentials and backbone dynamics"J.Biol.Chem.. 278. 41309-41315 (2003)
• [文献書誌] Uesugi 他: "RNA and DNA which contain two GGAGG segments connected with UUUU or TTTT sequences, form entirely different quadruplex structures"Nucleic Acids Res.Suppl.. No.3. 51-52 (2003)
• [文献書誌] Enokizono 他: "Destruction of quadruplex by proteins, and its biological implications in replication and telomere maintenance"Nucleic Acids Res.Suppl.. No.3. 231-232 (2003)
• [文献書誌] 片平正人: "DNAの異常構造とそれをときほぐすDNAシャペロン"生物物理. Vol.44. 10-15 (2004)
• [文献書誌] 片平正人: "日本分光学会測定法シリーズ「NMR分光法」(分担)"学会出版センター. 269 (2003)