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2019 年度 実施状況報告書

高温環境の生命活動に必須であるRNA耐熱化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K06088
研究機関愛媛大学

研究代表者

平田 章  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (60527381)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードtRNA修飾 / アーキア / 耐熱化機構 / RNA成熟 / tRNAメチル化酵素
研究実績の概要

本年度は、超好熱性アーキアThermococcous kodakarensis (Tko)由来tRNATrpのm2G67修飾形成に関わるtrm14酵素遺伝子を同定した。また、Tko tRNATrpの15位に存在する修飾ヌクレオシド(アーケオシン)の生合成機構を解明した。アーケオシン生合成機構は、3つの酵素(ArcTGT、ArcS、RaSEA)が必要であり、とりわけ、ArcS-RaSEAは複合体を形成し、複合体はリジンとS-アデノシル-L-メチオニン(SAM)を用いることが分かった。その酵素反応の際に、C-N結合を切断するラジカルSAM反応は、これまで発見されておらず、生命が利用可能な化学反応に新知見をもたらした。一方、酵母tRNAPheのG34の2'-O-リボースのメチル化を触媒するtRNAメチル化酵素Trm7-Trm734の結晶構造を決定した。その結果、Trm7-Trm734の基質認識にはtRNAPheのD-arm構造が必須であり、アンチコドンループ上のCm32とm1G37の修飾ヌクレオシドがメチル化反応に重要であることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

超好熱性アーキアThermococcous kodakarensis (Tko)由来tRNATrpのm2G67修飾形成に関わるtrm14酵素遺伝子を同定することができた。この実験結果を加えた今までの研究成果を学術雑誌に報告し、Tko tRNATrpの修飾ヌクレオシドによる耐熱化機構についても考察した。また、15位のアーケオシンは、Tkoの高温環境下の生育に必須であり、数十年謎であったアーケオシン生合成機構を世界で初めて解明したことは、tRNAの研究領域だけでなく、その新奇な酵素反応は酵素化学の研究者にも多大なインパクト与えることになった。一方、酵母Trm7-Trm734メチル化酵素の基質認識機構をそのX線結晶構造をもとに推定し、その研究成果を国際的な学術雑誌に報告した。Trm7-Trm734の相互作用は、どのタイプのtRNAメチル化酵素にも見られないユニークなものであった。

今後の研究の推進方策

今後は、高純度のTko tRNATrpを大量に調製して結晶化するために、既存の大量調製法を最適化する予定である。Tko tRNATrpを大量に調製後、結晶化を行い、作成した結晶を放射光施設SPring-8に持ち込み、結晶のX線回折データを収集する。収集したX線回折データと酵母tRNAPheの分子構造をもとに、Tko tRNATrpの分子構造を決定する。Tko tRNATrpの構造情報から、tRNA耐熱化機構を推測し、場合によってはNMRを利用して、動的な耐熱化機構についても検証する。

次年度使用額が生じた理由

当初予定していたtRNAの結晶化には間に合わず、高価な結晶化試薬の購入に至らなかった。そのため、物品費用の支出が少なかった。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of California(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California
  • [雑誌論文] Distinct Modified Nucleosides in tRNATrp from the Hyperthermophilic Archaeon Thermococcus kodakarensis and Requirement of tRNA m2G10/m22G10 Methyltransferase (Archaeal Trm11) for Survival at High Temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata Akira、Suzuki Takeo、Nagano Tomoko、Fujii Daishiro、Okamoto Mizuki、Sora Manaka、Lowe Todd M.、Kanai Tamotsu、Atomi Haruyuki、Suzuki Tsutomu、Hori Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Bacteriology

      巻: 201 ページ: 1~17

    • DOI

      10.1128/JB.00448-19

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure of tRNA methyltransferase complex of Trm7 and Trm734 reveals a novel binding interface for tRNA recognition2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata Akira、Okada Keisuke、Yoshii Kazuaki、Shiraishi Hiroyuki、Saijo Shinya、Yonezawa Kento、Shimizu Nobutaka、Hori Hiroyuki
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 47 ページ: 10942~10955

    • DOI

      10.1093/nar/gkz856

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of a radical SAM enzyme involved in the synthesis of archaeosine2019

    • 著者名/発表者名
      Yokogawa Takashi、Nomura Yuichiro、Yasuda Akihiro、Ogino Hiromi、Hiura Keita、Nakada Saori、Oka Natsuhisa、Ando Kaori、Kawamura Takuya、Hirata Akira、Hori Hiroyuki、Ohno Satoshi
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 15 ページ: 1148~1155

    • DOI

      10.1038/s41589-019-0390-7

    • 査読あり
  • [学会発表] アーキア特異的修飾ヌクレオシド、アーケオシンの合成に関わる新奇ラジカルSAM酵素2019

    • 著者名/発表者名
      横川隆志 , 能村友一朗 , 安田旭宏 , 尾木野弘実 , 日浦恵太 , 仲田沙織 , 岡 夏央 , 安藤香織 , 河村卓哉 , 平田 章 , 堀 弘幸 , 大野 敏
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会 福岡
  • [学会発表] Analysis of distinct modified nucleosides in tRNA from the hyperthermophilic archaeon Thermococcous kodakarensis provides insight into the requirement of specific tRNA modifications and their responsible genes for survival at high temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, A , Suzuki, T , Nagano, T , Fuji, D , Okamoto, M , Sora, M , Lowe, M. T , Kanai, T , Atomi, H , Suzuki, T , Hori H
    • 学会等名
      Thermophiles2019 福岡
    • 国際学会
  • [学会発表] (超)好熱性アーキアのRNA修飾の研究2019

    • 著者名/発表者名
      平田 章
    • 学会等名
      微生物ウィーク2019 東京大学農学部弥生講堂
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure of tRNA methyltransferase complex of Trm7 and Trm734 provides insight into its novel bipartite interaction essential for tRNA recognition and 2´-O-methylation at the first position of anticodon in specific tRNAs2019

    • 著者名/発表者名
      Hirata, A , Okada, K , Yoshi, K , Shiraishi, H , Saijo, S , Yonezawa, K , Shimizu, N , Hori, H
    • 学会等名
      第21回日本RNA学会年会 東京大学伊藤国際学術研究センター
  • [備考] 新しいtRNA修飾酵素を発見-無酸素環境下で鉄と硫黄を含む酵素が関わる反応機構を解明-

    • URL

      https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-106715/

  • [備考] 遺伝情報の読み取りを強化するtRNAのメチル化の仕組みを構造解析と生化学解析により解明

    • URL

      https://www.ehime-u.ac.jp/data_relese/data_relese-105529/

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公開日: 2021-01-27  

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