動物ミトコンドリアに見出された新規修飾ヌクレオシドの構造機能解析〜ミトコンドリア病発症メカニズムへのアプローチ〜

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12680670
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 勉 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 講師 (20292782)
• 研究分担者: 渡辺 公綱 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00134502)
• キーワード: タウリン / ミトコンドリア / ミトコンドリア病 / tRNA / RNA修飾 / 質量分析

研究概要

我々は、ミトコンドリア(mt)tRNAの点変異に帰属されるミトコンドリア脳筋症(MELAS、MERRF)において、変異mt tRNA^<Leu>(3243位変異と3271位変異)とmt tRNA^<Lys>(8344位変異)は共通にアンチコドン1字目の修飾が欠損していることを見出した(J. Biol. Chem., 275, 4251-4257[2000], FEBS Lett, 467, 175-178[2000])(日医大太田教授との共同研究)。さらに、この修飾の欠損はリボソーム上におけるコドン解読能を低下させ、タンパク合成能を著しく減少させることが発症の根本的な原因であることをつきとめた(EMBO J., 20, 4794-4802[2001])。本プロジェクトでは発症の分子機構を詳細に解析するために、アンチコドン1字目の修飾ヌクレオシドの化学構造を決定することであるが、昨年度すでにその計画をすでに達成した。いずれも置換基にタウリンを含んだ新規の修飾ヌクレオシドで、mt tRNA^<Leu>は5-タウリノメチルウリジン(τm^5U)を持ち、mt tRNALysはその2-チオ置換体である5-タウリノメチル-2チオウリジン(τm^5s^2U)を有することが判明した(投稿中)。タウリンは体内に最も多く含まれるアミノ酸であり、これまで様々な生理活性を持つことが知られているが、タンパク質や核酸など生体高分子の成分としては知られていない。我々はタウリンがこれら新規の修飾ウリジンの直接の前駆体であると考え、有機化学合成した[^<18>O]安定同位体標識タウリンを培地に加えてHeLa細胞を48時間培養した。そこからmt tRNA^<Leu>とmt tRNA^<Lys>を含む5種類のtRNAを単離し、LC/MSにより修飾ウリジンの分子量を測定したところ、いずれも90%以上の効率で培地に加えた[^<18>O]タウリンが取り込まれていることが判明した(投稿中)。この結果はタウリンが生体高分子の成分であることを見出した最初の発見であり、この観点から、様々なタウリンの生理活性を統一的に解釈できるものと考えている。またタウリン欠乏症はmt tRNAの修飾欠損を引き起こしている可能性があり、ミトコンドリア脳筋症との関連から今後の研究をさらに発展していく予定である。

研究成果

• [文献書誌] Yasukawa, T., Suzuki, T., Ishui, N., Ohta, S., Watanabe, K. (2001): "Wobble modification defect in tRNA disturbs codon-anticodon interaction in a mitochondrial disease"EMBO J.. 20. 4794-4802 (2001)
• [文献書誌] Suzuki, T.^*, Terasaki, M., Takemoto-Hori, C., Hanada, T., Ueda, T., Wada, A., Watanabe, K.: "Structural compensation for deficit of rRNA with proteins in mammalian mitochondrial ribosome; systematic analysis of protein components of the large ribosomal subunit from mammalian mitochondria"J. Biol. Chem.,. 276. 21724-21736 (2001)
• [文献書誌] Suzuki, T.^*, Terasaki, M., Takemoto-Hori, C., Hanada, T., Ueda, T., Wada, A., Watanabe, K: "Proteomic Analysis of the Mammalian Mitochondrial Ribosome ; Identification of protein components in the 28S Small Subunit"J. Biol. Chem. 276. 33181-33195 (2001)
• [文献書誌] Shimada, N., Suzuki, T., Watanabe, K.: "Dual mode recognition of two isoacceptor tRNAs by mammalian mitochondrial seryl-tRNA synthetase"J. Biol. Chem. 276. 46770-46778 (2001)
• [文献書誌] Nagaike, T., Suzuki, T.^*, Tomari, Y., Takemoto-Hori, C., Negayama, F., Watanabe, K., Ueda, T.: "Identification and Characterization of Mammalian Mitochondrial tRNA-Nucleotidyltransferases"J. Biol. Chem.. 276. 40041-40049 (2001)
• [文献書誌] Shimizu, Y., Inoue, A., Tomari, Y., Suzuki. T., Yokogawa, T., Nishikawa, K., Ueda, T.: "Cell-free translation reconstituted with purified components"Nature Biotechnology. 19. 751-755 (2001)
• [文献書誌] Kenmochi, N., Suzuki. T., Uechi, T., Magoori, M., Kuniba, M., Higa, S., Watanabe, K., Tanaka, T.: "The human mitochondrial ribosomal protein genes: mapping of 54 genes to the chromosomes and implications for human disorders"Genomics. 77. 65-70 (2001)
• [文献書誌] Yokobori, S, Suzuki, T., Watanabe, K.: "Genetic code variations in mitochondria : tRNA as a major determinant of genetic code plasticity"J. Mol. Evol.. 53. 314-326 (2001)
• [文献書誌] Hanada, T., Suzuki, T., Yokogawa, T., Takemoto-Hori, C., Sprinzl, M., Watanabe, K: "Translation ability of mitochondrial tRNAs^<Ser> with unusual secondary structures in an in vitro translation system of bovine mitochondria"Genes Cells. 6. 1019-1030 (2001)
• [文献書誌] Cho, H. D., Tomita, K., Suzuki, T., Weiner, A. M.: "U2 snRNA is a substrate for the CCA-adding enzyme (tRNA nucleotidyltransferase)"J. Biol. Chem. 277. 3447-3455 (2002)
• [文献書誌] Hori, H., Suzuki, T., Sugawara, K., Inoue, Y., Shibata, T., Kuramitsu, S., Yokoyama, S., Oshima, T., Watanabe, K.: "Identification and Characterization of Thermus thermophilus HB8 tRNA-(Gm18)-methyltransferase ; Domain Structure and Conserved Amino Acid Sequence Motifs in the Enzyme"Genes Cells. (in press). (2002)
• [文献書誌] Suzuki, T., Suzuki, T., Wada, T., Saigo, K., Watanabe, K: "Novel Taurine-Containing Uridine Derivatives and mitochondrial human disease"Nucleic Acids Research Supplement. No.1. 257-258 (2001)
• [文献書誌] 鈴木 勉, 渡辺公綱: "「リボソームはリボザイムであった-X線結晶構造解析が解き明かすペプチド転移反応のメカニズム-」蛋白質 拡散 酵素, 46"共立出版. 1268 (2001)
• [文献書誌] 鈴木 勉, 渡辺公綱: "「リボソームの構造機能研究の最先端-X線結晶構造解析が解き明かしたリボソームの機能-」蛋白質 核酸 酵素,(8月増刊号)「新世紀における蛋白質科学の進展」"共立出版. 1635-1644 (2001)
• [文献書誌] 鈴木 勉, 渡辺公綱: "「リボゾームRNAの生合成と構造」増刊「ミトコンドリアとミトコンドリア病」"日本臨床(印刷中). (2002)