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古細菌tRNA-Ile2のアンチコドン1文字目のシチジン(C34)はアグマチンで修飾され、2-アグマチニルシチジン(agm2C)へと変換されている。agm2C修飾は、tRNA-Ile2がイソロイシンコドンを認識する上で不可欠な転写後修飾であり、正しい蛋白質合成を保障するという重要な役割を担っている。本研究では、agm2C修飾を触媒する酵素TiaS(tRNA-agm2C synthetase)の構造機能解析を行った。TiaSはATP依存的にagm2Cを合成する。まず、TiaS、tRNA-Ile2、ATPから成る三者複合体の結晶構造を決定し、立体構造に基づいた酵素およびtRNAの変異体解析を行った。その結果、TiaSが、(1)新規なATP加水分解モジュールを有すること、(2)塩基配列特異的にtRNA-Ile2を認識すること、(3)ATP結合部位から離れた位置でC34を塩基特具的にトラップすることを明らかにした。さらに、TiaS、tRNA-Ile2、ATPアナログ、アグマチンから成る四者複合体の結晶構造を決定し、アグマチンの添加に伴いC34がATPのγリン酸近傍に配置されることを明らかにした。この結果より、C34はATPによるリン酸化反応によって活性化されることが推定された。この反応モデルは、[γ^<32>P]ATPを用いた生化学的解析からも裏付けることができた。また、C34がリン酸化により活性化された後、アグマチンがこのリン酸化反応中間体を求核攻撃することによって、agm2Cが生成するという反応機構を提唱した。本研究から、(1)TiaSはC34を活性部位から隔離した部位に一旦トラップすること、(2)その後、アグマチンの結合に伴ってC34を活性部位に送り込みリン酸化していることを明らかにした。これは、不安定なリン酸化反応中間体の蓄積を防止するシステムと考えられ、TiaSがagm2Cの生合成を効率良く進める巧妙な仕組みを有していることが分かった。
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