高温環境の生命活動に必須であるRNA耐熱化機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06088
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43020:構造生物化学関連
• 研究機関: 徳島大学 (2020); 愛媛大学 (2018-2019)
• 研究代表者: 平田 章 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60527381)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: tRNA modification / thermotolerant RNA / tRNA modification enzyme / Archaea / tRNA修飾 / アーキア / 耐熱化機構 / RNA成熟 / tRNAメチル化酵素 / 超好熱菌 / tRNA耐熱化機構 / tRNA修飾酵素

研究成果の概要

超好熱性アーキアThermococcous kodakarensis(Tko)tRNATrpの配列を決定したところ、21個の修飾ヌクレオシドが存在していた。そのうち、m22G10修飾の責任酵素遺伝子であるtrm11が、Tkoの95℃以上の生育に必須であることが示唆された。また、既知のtrm14が、m2G67修飾の責任酵素遺伝子であることも判明した。一方、tRNATrpの15位に存在するアーケオシンの合成は、既知のアーケオシン合成酵素ArcSとラジカルSAM酵素RaSEAが協調して行うことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

原始地球に生息した初期生命体は、高温環境下で生命活動を維持するために、修飾ヌクレオシドによりRNAを耐熱化する必要があったと考えられる。また、RNAの耐熱化に関わる修飾ヌクレオシドの合成経路を世界で初めて決定することができた。さらに、RNAを安定化する修飾ヌクレオシドも判明し、部位特異的にRNAを標識する技術開発やRNA創薬開発に新たな方向性を示すこととなった。今後、これらの研究成果を基盤に研究を継続することで、より発展的にRNAを安定化する革新的アイデアが生まれると期待している。

研究成果

• [国際共同研究] University of California(米国)
• [雑誌論文] Distinct Modified Nucleosides in tRNATrp from the Hyperthermophilic Archaeon Thermococcus kodakarensis and Requirement of tRNA m2G10/m22G10 Methyltransferase (Archaeal Trm11) for Survival at High Temperatures (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata Akira、Suzuki Takeo、Nagano Tomoko、Fujii Daishiro、Okamoto Mizuki、Sora Manaka、Lowe Todd M.、Kanai Tamotsu、Atomi Haruyuki、Suzuki Tsutomu、Hori Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 201 号: 21 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1128/jb.00448-19
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of tRNA methyltransferase complex of Trm7 and Trm734 reveals a novel binding interface for tRNA recognition (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata Akira、Okada Keisuke、Yoshii Kazuaki、Shiraishi Hiroyuki、Saijo Shinya、Yonezawa Kento、Shimizu Nobutaka、Hori Hiroyuki
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 47 号: 20 ページ: 10942-10955
  • DOI: 10.1093/nar/gkz856
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a radical SAM enzyme involved in the synthesis of archaeosine (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokogawa Takashi、Nomura Yuichiro、Yasuda Akihiro、Ogino Hiromi、Hiura Keita、Nakada Saori、Oka Natsuhisa、Ando Kaori、Kawamura Takuya、Hirata Akira、Hori Hiroyuki、Ohno Satoshi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 15 号: 12 ページ: 1148-1155
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0390-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Insights Into the Structure, Function, and Evolution of the RNA-Splicing Endonucleases (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata Akira
  • 雑誌名: Frontiers in Genetics 巻: 10 ページ: 1-7
  • DOI: 10.3389/fgene.2019.00103
  • NAID: 120006953546
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] SpoU-TrmD RNAメチル化酵素スーパーファミリーの中で、最も長いC末領域を持つThermoplasma acidophilum Trm56の新しい精製法 (2020)
  • 著者名/発表者名: 堀 弘幸、福本修平、長谷川貴宏、難波美優、平田 章、河村卓哉
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 超好熱性アーキアThermococcus kodakarensis 由来tRNAメチル化酵素Trm14の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野利本剛、平田 章、空 まかな、堀 弘幸
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] アーキア特異的修飾ヌクレオシド、アーケオシンの合成に関わる新奇ラジカルSAM酵素 (2019)
  • 著者名/発表者名: 横川隆志 , 能村友一朗 , 安田旭宏 , 尾木野弘実 , 日浦恵太 , 仲田沙織 , 岡 夏央 , 安藤香織 , 河村卓哉 , 平田 章 , 堀 弘幸 , 大野 敏
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会 福岡
• [学会発表] Analysis of distinct modified nucleosides in tRNA from the hyperthermophilic archaeon Thermococcous kodakarensis provides insight into the requirement of specific tRNA modifications and their responsible genes for survival at high temperatures (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata, A , Suzuki, T , Nagano, T , Fuji, D , Okamoto, M , Sora, M , Lowe, M. T , Kanai, T , Atomi, H , Suzuki, T , Hori H
  • 学会等名: Thermophiles2019 福岡
  • 国際学会
• [学会発表] (超）好熱性アーキアのRNA修飾の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平田 章
  • 学会等名: 微生物ウィーク2019 東京大学農学部弥生講堂
  • 招待講演
• [学会発表] Structure of tRNA methyltransferase complex of Trm7 and Trm734 provides insight into its novel bipartite interaction essential for tRNA recognition and 2´-O-methylation at the first position of anticodon in specific tRNAs (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirata, A , Okada, K , Yoshi, K , Shiraishi, H , Saijo, S , Yonezawa, K , Shimizu, N , Hori, H
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会 東京大学伊藤国際学術研究センター
• [学会発表] 大腸菌tRNA (Gm18) メチル化酵素（TrmH)の基質tRNA選択システム (2018)
  • 著者名/発表者名: 河野 陽、伊藤亜沙子、山上龍太、平田 章、堀 弘幸
  • 学会等名: 第20回日本RNA学会年会
• [学会発表] The RNA-splicing endonuclease from the Euryarchaea Methanopyrus kandleri uniquely represents a heterodimer with constraint range of substrate specificity: Supporting the coevolutionary scenario of protein function and tRNA gene diversity (2018)
  • 著者名/発表者名: Kaneta, A., Fujishima, K., Morikazu, W., Hori, H., and Hirata, A.
  • 学会等名: extremophiles 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of yeast tRNA Nm34 methyltransferase Trm7-Trm734 complex reveals its novel bipartite interaction essential for 2'-O-methylation of N34 in the wobble position of three specific tRNA species (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirata, A., Okada, K., Yoshii, K., Shiraishi, H., Saijo, S., Yonezawa, K., Shimizu, N., and Hori, H.
  • 学会等名: 27th tRNA Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Methanosarcina acetivoransにおける修飾ヌクレオシドアーケオシン生合成経路の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日浦恵太、能村友一朗、安田旭宏、大野 敏、尾木野弘実、河村卓哉、平田 章、堀 弘幸、横川隆志
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [備考] 新しいtRNA修飾酵素を発見－無酸素環境下で鉄と硫黄を含む酵素が関わる反応機構を解明－
  • URL: https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-106715/
• [備考] 遺伝情報の読み取りを強化するtRNAのメチル化の仕組みを構造解析と生化学解析により解明
  • URL: https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-105529/