初期生命におけるRNA・タンパク質共進化プロセスの再現

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01328
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 田上 俊輔 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40586939)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: RNAポリメラーゼ / ペプチド / RNA / 生命の起原

研究実績の概要

生命がどのように誕生したかは生物学に残された最も大きな謎の１つである．現存する生命の遺伝子発現機構は複数の分子種 (DNA，RNA，タンパク質) の共依存によって成り立っているが，そのような複雑な系が如何にして誕生・進化してきたのかは生命を理解する上で特に本質的な問いであると言える．これらの分子種の中ではRNAから進化が開始したという仮説 (RNAワールド仮説) が有力であり，その後，RNAとタンパク質の共進化により精巧な遺伝子発現機構に進化してきたと推測される．そこで本研究では，初期生命におけるRNAとタンパク質の共進化のプロセスを実験的に再現することを試みる．そのために， 人工的なRNA酵素 (リボザイム) の実験系をモデルに用い，RNA単独では克服できない課題を原始的なペプチド・タンパク質の添加により解決することで，「RNAワールドにおいて，なぜタンパク質が必要とされ，どのように進化が進行したか」を解明する．本研究では，正電荷をもったペプチドによるアミロイド形成を行い，そのような自己集合するペプチドのリボザイム活性への影響を調べている．その中で条件特異的にリボザイムの活性を上昇させるものを発見することができた．特にKKVVVVVVのような単純なペプチドでも，アミロイド形成・RNA濃縮・リボザイムの活性化という機能を示すことができたのは特筆すべき成果と言える．また，本研究ではタンパク質のRNAポリメラーゼの中心構造に保存されている太古のタンパク質構造を短いペプチドで再現する実験を行った．その結果わずか７種類のアミノ酸で，古代タンパク質を再現することに成功した．この７種類のアミノ酸は遺伝暗号上で固まった位置にコードされており，古代の遺伝暗号を再現するものであると推測された．

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Seven Amino Acid Types Suffice to Create the Core Fold of RNA Polymerase (2021)
  • 著者名/発表者名: Sota Yagi, Aditya K. Padhi, Jelena Vucinic, Sophie Barbe, Thomas Schiex, Reiko Nakagawa, David Simoncini*, Kam Y. J. Zhang*, and Shunsuke Tagami*
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 ページ: 15998-16006
  • DOI: 10.1021/jacs.1c05367
  • 査読あり
• [備考] タンパク質の進化から生命誕生の謎に挑む
  • URL: https://www.riken.jp/pr/closeup/2022/20220221_1/index.html
• [備考] 生命誕生初期のタンパク質を再現する試み
  • URL: https://www.riken.jp/press/2021/20211202_2/index.html