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

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580668
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 濡木 理 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (10272460)
• キーワード: X線結晶構造解析 / tRNA / プロセシング / 転写後修飾 / アミノアシルtRNA合成酵素 / アポトーシス

研究概要

tRNAのプロセシング、修飾、アミノアシル化に働く各酵素単独およびtRNAとの複合体のX線結晶構造解析を行った。tRNAのプロセシング酵素に関しては、Aquifex aeolicus由来のRNase PHの結晶構造を2.3Å分解能で決定し、tRNAの3'末端トレーラー配列の加リン酸分解機構を明らかにした(J.Biol.Cem.,2003)。また、CCA enzymeについて、Archaeglobus fulgidus由来のクラスIの酵素の2.0Å分解能での結晶構造解析に成功し(EMBO J.,2003)、さらにtRNA前駆体との複合体の結晶化に予備的に成功した。また、Aquifex aeolicus由来のクラスIIのCCA enzyme(A-adding enzyme)に関してはtRNA前駆体およびATPアナログとの複合体に関し、2.7Å分解能での構造解析をほぼ完了している(論文準備中)。tRNAの修飾酵素に関しては、古細菌のtRNAのG15に特異的にArchaeosineを導入するArchaeosine guanine transglycosylaseとtRNAの複合体の結晶構造を3.3Å分解能で決定し、tRNAのDアームがほどけて酵素の活性部位に挿入され、L字型のtRNAの構造がλ型に大きく変形することを、世界に先駆けて発見した(Cell,2003)。また、すべての生物でtRNAのG18をメチル化するGm18 methyltransferase(TrmH or SpoU)に関しては、1.85Å分解能での結晶構造解析に成功した(Structure,2004)。アミノアシルtRNA合成酵素(aaRS)に関しては、20種類のaaRSの中で唯一構造が未発表なアラニルtRNA合成酵素(AlaRS)に関して、Thermotoga malitima由来の酵素とtRNAとの複合体の結晶化に予備的に成功した。また、Methanococcus jannaschii由来のTyrRSとtRNAの複合体の結晶構造を2.0Å分解能で決定し他(Nat.Struct.Biol.,2003)。さらに、本来のタンパク質合成に加えて、細胞外に分泌され、血管内皮細胞のアポトーシスを誘導し血管新生の抑制に働く、多機能酵素であるヒト由来トリプトファニルtRNA合成酵素の結晶構造を2.3Å分解能で決定し、変異体の生化学的・細胞生物学的解析により、tRNAのアンチコドンを認識するドメインに挿入された8ペプチドがアポトーシス活性に必須であることを明らかにした(Nat.Struct. & Mol.Biol.,2004)。

研究成果

• [文献書誌] R.Ishitani, O.Nureki, N.Nameki, N.Okada, S.Nishimura, S.Yokoyama: "Alternative tertiary structure of tRNA for recognition by a posttranscriptional modification enzyme."Cell. 113. 383-394 (2003)
• [文献書誌] T.Kobayashi, O.Nureki, R.Ishitani, A.Yaremchuk, M.Tukalo, S.Cusack, K.Sak: "Structural basis for orthogonal tRNA specificities of tyrosyl-tRNA synthetses for genetic-code expansion."Nat.Struct.Biol.. 10. 425-432 (2003)
• [文献書誌] R.Ishii, O.Nureki, S.Yokoyama: "Crystal structure of the tRNA processing enzyme RNase PH from Aquifexaeolicus."J.Biol.Chem.. 278. 32397-32404 (2003)
• [文献書誌] C.Polyvarpo, _O.Nureki, M.Ibba D.Soll et al.: "Activation of the pyrrolysine suppressor tRNA requires formation of ternary complex with class I and class II lysyl-tRNA synthetases."Mol.Cell. 12. 287-294 (2003)
• [文献書誌] M.Okabe, K.Tomita, O.Nureki*, S.Yokoyama et al.(*correspondence): "Divergent evolution of trinucleotide polymerization revealed by an archaeal CCA-adding enzyme structure."EMBO J.. 22. 5918-5927 (2003)
• [文献書誌] Y.Kise, S.W.Lee, S.G.Park, S.Fukai, S.Kim, O.Nureki: "A short peptide insertion crucial for angiostatic activity of human tryptophanyl-tRNA synthetase."Nat.Struct. & Mol.Biol.. 11. 149-156 (2004)
• [文献書誌] 濡木 理: "「RNAがわかる」RNA・タンパク質相互作用"羊土社. 13 (2003)