X線結晶構造解析を用いた、トランスファーRNAの成熟・アミノアシル化の機構の解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580668
• 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, 助教授 (10272460)
• キーワード: 遺伝情報変換 / タンパク質合成 / アミノアシルtRNA合成酵素 / トランスファーRNA / RNAの転写後修飾 / X線結晶構造解析

研究概要

本研究の目的は、tRNAのプロセシング、転写後修飾、アミノアシル化に携わる酵素およびtRNAとの複合体の高次構造を決定し、機能性tRNA生成のメカニズムを原子分解能で解明することにある。本年は、まず超好熱古細菌Methanococcus jannashii由来のチロシルtRNA合成酵素(TyrRS)とtRNA^<Tyr>とL-チロシンの複合体の結晶構造を2.0解能で決定し、真核型TyrRSによるtRNAの認識機構を解明し、さらにアンバーサプレッサーtRNA^<Tyr>を効率よくチャージするTyrRS変異体をデザイン、調製することに成功した(論文投稿中)。本古細菌のTyrRSは、大腸菌のtRNA^<Tyr>とクロスリアクトすることがないため、本TyrRSとアンバーサプレッサーtRNA^<Tyr>を大腸菌内で発現させることによって、アンバー終止コドンに21番目の非天然型アミノ酸を取り込ませることが本研究により可能になった。さらに、大腸菌由来TyrRSに2つの変異を入れることによって3-ヨードチロシンをtRNA^<Tyr>にチャージする変異体TyrRSを作り出すことに成功し、この変異体TyrRSと3-ヨードチロシンとの複合体の結晶構造解析を行い、変異体TyrRSが非天然型アミノ酸を認識する構造的基盤を明らかにした(論文準備中)。また、アミノアシル化以外に血管新生を抑制するというサイトカインとして働くヒト由来トリプトファニルtRNA合成酵素の結晶構造を2.3分解能で決定し、レセプターとの結合部位を推定した(論文準備中)。tRNAのプロセシングに関しては、tRNAの3ユ末端のトリミングを行うRNase PHの結晶構造を2.7解能で決定し、3ユ末端のCCA配列直前まで正確に削りこむ機構を推定した(論文改訂中)。また、古細菌由来のクラスICCA付加酵素の結晶構造を2.0解能で決定し、CCA付加酵素の分子進化機構を解明した(論文準備中)。tRNAの修飾過程に関しては、古細菌のtRNAのG15にアーケオシンを導入するアーケオシングアニントランスグリコシラーゼとtRNAの複合体の結晶構造を決定し、酵素がtRNAを大きく変形して、配列非特異的かつ位置特異的に、G15に修飾を入れる機構を解明した(論文改訂中)。さらに、tRNAのG18をメチル化するSpoUに関して、酵素とメチル基供与体であるSAMとの複合体の結晶構造を1.5解能で決定し、触媒ドメインに存在する特徴的な結び目構造の持つ役割を解明した(論文準備中)。

研究成果

• [文献書誌] T.L.Hendrickson, T.K.Nomanbhoy, V.Crdcy-Lagard, S.Fukai, O.Nureki et al.: "Mutation Separation of two pathways for editing by a class I tRNA synthetase"Molecular Cell. 9. 353-362 (2002)
• [文献書誌] R.Ishitani, O.Nureki et al.: "Crystal structure of archaeosine tRNA-guanine transglycosylase"J.Mol.Biol. 318. 665-667 (2002)
• [文献書誌] O.Nureki et al.: "An enzyme with a deep trefoil knot for the active-site architecture"Acta Crystallographica D. 58. 1129-1137 (2002)
• [文献書誌] W.Kagawa, H.Kurumizaka, S.Fukai, R.Ishitani, 0.Nureki et al.: "Crystal structure of the human Rad52 protein and its implications for homologous recombination"Molecular Cell. 10. 359-371 (2002)
• [文献書誌] H.Ogiso, R.Ishitani, O.Nureki et al.: "Crystal structure of human epidermal growth factor in complex with the extracellular domains of the receptor"Cell. 110. 775-787 (2002)
• [文献書誌] S.Sekine, O.Nureki et al.: "Two alternative ATP-binding modes mediate tRNA-dependent activation of Glu-tRNA synthetase"EMBO J.. 23. 1-13 (2002)