植物オルガネラのRNA編集複合体を再構築する

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02462
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 竹中 瑞樹 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10796163)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: RNA編集 / PPRタンパク質 / DYWドメイン / シチジンデアミナーゼ / ミトコンドリア / 葉緑体 / RNA結合タンパク質

研究実績の概要

陸上植物のミトコンドリアと葉緑体ではRNA上の特定のC（シチジン）がU(ウリジン)に変換されるRNA編集が存在する。これまでPPR、MORFタンパク質などRNA編集機構に関与する因子が多数単離されてきた。しかし複数の因子が関与するRNA編集反応の全体像は明らかになっていなかった。特にCをUに変換する酵素の正体は長年研究されながら謎のままであった。本研究では、各RNA編集因子の機能をより詳しく解析し、活性をもつRNA編集タンパク質複合体の再構築を目的とした。本年度の成果は以下の通りである。
１)単離したPPRタンパク質と標的RNAを試験管内で反応させることによりIn vitroでRNA編集を再現することに成功した。これによりPPRタンパク質のC末端に存在するDYWドメインがRNA編集の酵素であることが示唆された。
２）大腸菌系、in vitro系を用いることにより、DYWドメイン内で活性に影響を与えるアミノ酸残基を網羅的に解析した。またRNA編集反応が核酸濃度に依存することを示した。
３)葉緑体RNA編集遺伝子OTP86のDYWドメインの活性型、非活性型の構造を世界ではじめて決定し、DYWドメインがシチジンデアミナーゼ様構造をもつことを示した。また内部のゲーティングドメインがスイッチのように動くことにより酵素活性が制御されることを示した。この発見はRNA編集応がオルガネラ内の核酸濃度により制御されるという新たな次元の遺伝子発現機構を示唆するものである。この結果はNature Catalysis誌に発表した。

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

• [国際共同研究] University of Greifswald/University Ulm/Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: University of Greifswald/University Ulm/Helmholtz-Zentrum Berlin
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: The Hebrew University of Jerusalem
• [雑誌論文] Quantification of Mitochondrial RNA Editing Efficiency Using Data (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mizuki
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2363 ページ: 263～278
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1653-6_18
  • 査読あり
• [雑誌論文] DYW domain structures imply an unusual regulation principle in plant organellar RNA editing catalysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mizuki、Takenaka Sachi、Barthel Tatjana、Frink Brody、Haag Sascha、Verbitskiy Daniil、Oldenkott Bastian、Schallenberg-Ru?dinger Mareike、Feiler Christian G.、Weiss Manfred S.、Palm Gottfried J.、Weber Gert
  • 雑誌名: Nature Catalysis 巻: 4 ページ: 510～522
  • DOI: 10.1038/s41929-021-00633-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A single nucleotide substitution in the coding region of Ogura male sterile gene, orf138, determines effectiveness of a fertility restorer gene, Rfo, in radish (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamagishi Hiroshi、Jikuya Megumi、Okushiro Kanako、Hashimoto Ayako、Fukunaga Asumi、Takenaka Mizuki、Terachi Toru
  • 雑誌名: Molecular Genetics and Genomics 巻: 296 ページ: 705～717
  • DOI: 10.1007/s00438-021-01777-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Pentatricopeptide Repeat Protein PGR3 Is Required for the Translation of <i>petL</i> and <i>ndhG</i> by Binding Their 5′ UTRs (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashi Haruka、Kato Yoshinobu、Fujita Tomoya、Iwasaki Shintaro、Nakamura Masayuki、Nishimura Yoshiki、Takenaka Mizuki、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 62 ページ: 1146～1155
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa180
  • 査読あり
• [学会発表] 構造解析から見えてきた植物オルガネラのRNA編集反応の分子機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹中 瑞樹
  • 学会等名: 第24回植物オルガネラワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 植物オルガネラのC-to-U RNA編集酵素の構造が示すユニークな活性制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹中 瑞樹
  • 学会等名: 63rd 日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] DYWドメインのシチジンデアミナーゼ活性は標的シチジンとその周辺配列に依存する (2021)
  • 著者名/発表者名: 前田彩子、竹中佐知、竹中瑞樹
  • 学会等名: 62nd 日本植物生理学会
• [学会発表] The DYW deaminase domains of plant C-to-U RNA editing factors contribute target site selection (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Sachi Takenaka, Tatjana Barthel, Brody Frink, Sascha Haag, Daniil Verbitskiy, Bastian Oldenkott, Mareike Schallenberg-Ruedinger, Christian G. Feiler Manfred S. Weiss, Gottfried J. Palm, Gert Weber
  • 学会等名: 第22回 日本RNA学会
• [備考] RNA上の遺伝情報を書き換える酵素であるDYWドメインの構造を解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-06-23-0