立体構造に基づく蛋白質合成マシーナリーの動作機構の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11169204
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 濡木 理 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (10272460)
• キーワード: 蛋白質合成 / トランスファーRNA / アミノアシルtRNA合成酵素 / X線結晶構造解析 / RNA転写後修飾

研究概要

高度好熱菌Thermus thermophilus由来のバリルtRNA合成酵素(ValRS)・tRNA^<Val>・バリルAMPアナログ3重複合体(分子量25万)の結晶構造を2.8Åで決定した(Cell 2000;103:793-803)。本構造は、酵素が誤って活性化した非特異的なアミノ酸を校正する状態を示した最初の構造であり、tRNAの認識と連携した酵素のアミノ酸校正機構に関して全世界に先駆けて新しい知見を得た。また、高度好熱菌由来グルタミルtRNA合成酵素(GluRS)とtRNA^<Glu>の複合体の結晶構造を2.4Åで決定した(Nature Structural Biol.;3,in press)。本構造では、tRNA^<Glu>のアンチコドン3字目のC36がArg358により水素結合で認識されていたが、このArg残基をGln残基に置換することで、変異体GluRSは非識別性GluRSに変換されることがわかり、わずか1残基のアミノ酸置換でtRNA認識が変換された分子進化の過程を実証することに成功した。また超好熱古細菌Pyrococcus horikoshiiのリジルtRNA合成酵素(古細菌以外ではクラスIIに属するが、古細菌由来の本酵素はクラスIのATP結合モチーフを持ち、進化的に興味深い)の結晶構造をMAD法により解析し、モデルの構築を行っている。さらに、古細菌由来tRNAのG15を、塩基置換反応によりqueuosine置換体に修飾するarcTGTと基質塩基との複合体の結晶構造を2.2Å分解能で決定し、塩基置換反応の詳細なメカニズムを解明した(論文準備中)。また、リボソームRNAのメチル化を触媒する2'-O-MTaseの結晶構造を2.4Å分解能で決定し、本酵素ファミリーの触媒部位には明瞭な結び目(knot)構造があることを発見し、これが酵素活性部位の構築に重要であることを示唆した(論文準備中)。さらにDNAの複製の際にRNA primerを合成するDNAプライマーゼの結晶構造を1.8Å分解能で決定した(論文準備中)。また、セントロメアにおけるクロマチンの構築に必須なCENP-BとDNAの複合体の結晶構造を2.5Å分解能で決定した(論文投稿中)。

研究成果

• [文献書誌] Kukimoto,M.,O.Nureki et al.: "Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the extracellular domain of the cell surface antigen CD38 complexed with ganglioside"J.Biochemistry. 127. 181-184 (2000)
• [文献書誌] Fukai,S.,O.Nureki et al.: "Structural basis for double-sieve discrimination of the cognate L-valine from L-isoleucine and L-threonine by the complex of tRNA^<Val> and valyl-tRNA"Cell. 103. 793-803 (2000)
• [文献書誌] Shimada,A.,O.Nureki,N.Dohmae,K.Takio,and S.Yokoyama: "Gene cloning, expression, crystallization, and preliminary X-ray analysis of Thermus thermophilus arginyl-tRNA synthetase"Acta Crystallographica D. 57. 272-275 (2001)
• [文献書誌] Sekine,S.,O.Nureki,A.Shimada,D.G.Vassylyev and S.Yokoyama: "Structural basis for anticodon recognition by discriminating glutamyl-tRNA synthetase"Nature Structural Biol.. (in press).
• [文献書誌] Sekine,S.,A.Shimada,O.Nureki. et al.: "Crucial role of the HIGH-loop lysine for the catalytic activity of arginyl-tRNA synthetase"J.Biol.Chem.. (in press).