Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

寄生虫 / ミトコンドリア / タンパク質合成系 / tRNA / EF-Tu / 線形動物 / 節足動物 / 寄生性線虫 / リボソーム / EF-G

動物ミトコンドリア(mt)のタンパク質合成系は、より短い機能性RNAを用いる。我々は、短縮化したmt tRNA を持つ種と持たない種が混在する節足動物で、短縮化したtRNAを持たない昆虫の2つのEF-Tu のうちの1つが、短縮化したtRNA と結合できることを示した。また、植物寄生性線虫ミトコンドリアで遺伝子が未同定だったtRNA のうち1種の発現を同定した。このtRNA は発現が確認された中で最も短い。

翻訳系 / タンパク質生合成 / tRNA / アシルtRNA 合成酵素 / アシル化AMP / リボソーム / EF-Tu / 化学的ミスアシル化AMP / タンパク生合成 / アシルtRNA合成酵素 / mRNA / 遺伝コード / センスコドン / ノンセンスコドン / タンパク翻訳系 / アミノアシルtRNA合成酵素 / アミノ酸 / 非天然アミノ酸 / ヒドロキシカルボン酸 / 終止コドン / ペプチドライブラリー

非天然基質のタンパク質への導入に関し、リボソームを利用した主鎖伸張型(高)分子合成について検討し、タンパク質のリボソーム合成において適用できる非天然基質としてβ-ヒドロキシ酸が有効な基質になりえることを明らかにした。また、基質についての選択性がEF-Tu との相互作用の強さにあることを解明した。非天然基礎質のタンパク質への導入手法については化学的ミスアシル化AMP 法を開発し、非天然タンパク質の酵素合成に道を拓いた。

寄生性線虫 / ミトコンドリア / タンパク質合成 / 機能性RNA / リボソーム / tRNA / EF-Tu / 線虫

多細胞動物のミトコンドリアのタンパク質合成系は、様々な点で真核生物の細胞質や原核生物のタンパク質合成系と異なる特徴を持つ事が明らかになってきた。その中で、線形動物ミトコンドリアのタンパク質合成系は、多細胞生物の中で最短のtRNAセットと最小クラスのリボソームRNAを持つ事が、その遺伝子配列から予測されていた。そこで、タンパク質合成系の機能性RNAが縮小化した際、どのような影響が生じるのかという点が明らかにするため、われわれは寄生性線虫および自由性生活性線虫のミトコンドリアタンパク質合成系を解析してきた。本研究では、これをさらに発展させると共に、このような機能性RNAの縮小化がなぜ起きるのかにも迫った。2年間の主な成果は以下のとおりである。
1.細胞内に微量しか存在すしないミトコンドリアリボソームを、効率よく、高純度に調製するために、タグ付きミトコンドリアリボソームタンパク質を発現する組換え線虫を作製した。この線虫内ではタグつきタンパク質がミトコンドリアに移行し、リボソームに取り込まれていることが示唆された。しかし、現在用いているタグ配列に対するアフィニティ精製では高純度のリボソームを得ることができなかった。複数種のタンパク質とタグ配列の組み合わせを検討する必要があると考えられる。
2.自由生活性線虫Caenorhabditid elegansミトコンドリアEF-Tu2のアミノアシル基特異性をもたらす領域を、高度好熱性細菌のEF-TuにEF-Tu2の配列を移植していくことで明らかにした。
3.旋毛虫ミトコンドリアEF-TuのアミノアシルtRNAに対する結合能を明らかにした。
4.節足動物ミトコンドリアEF-TuのアミノアシルtRNAに対する結合能を明らかにした。
5.新規tRNAメチル基転位酵素候補を同定した。

翻訳システム / ミトコンドリア / EF-Tu / tRNA / セリルtRNAシンテターゼ / 線虫 / リボソーム / X線解析 / in vitro翻訳システム / tRNA^<Ser>GCU / tRNA^<Ser>UGA / セリルtRNAシンテータゼ / X線構造解析 / 機能構造 / ミトコンドリアtRNA / トランスホルミラーゼ / リボソーム蛋白質 / X線結晶解析 / SerRS / 異常構造 / リボソームタンパク質

本研究の目標は、現存する生物のうちでもっとも単純と思われる、動物ミトコンドリアの特異な翻訳システムにおける個々の装置の機能特性と構造的な異常性に焦点を当て、それらの機能構造の詳細な解析と実行可能なものからその立体構造を解明し、機能発現に必要な構造を探ることをにより、ミトコンドリア翻訳システムの構築原理を解明することである。主たる研究成果は以下の通りである。(1)ウシ・ミトコンドリアのin vitro翻訳システムを構築し、系の最適化を計った結果、ポリ(U)依存ポリ(Phe)合成で大腸菌のものと比肩し得る活性を示す系を確立した。(2)tRNAと翻訳因子をセットにする限り、またL7/L12蛋白質のみ大腸菌由来のものを使う限り、大腸菌とミトコンドリア・リボソームに互換性があるので、本質的にリボソーム機能は両者で等価である。(3)異常な2次構造をもつ2種類のセリンtRNAが低いながらも翻訳機能をもつことを実証した。特に片腕を欠くtRNAの効率の低さはA部位への結合に欠陥のあるためであった。(4)これら2種類のセリンtRNAは単一のセリルtRNAシンテターゼ(SeRRS)でアミノアシル化されることを明らかにし、その認識部位を特定した。(5)線虫ミトコンドリアに存在する大部分のTアーム欠損tRNAを認識する特殊なEF-Tuを発見した。それはC末端に57アミノ酸の延長部をもち、それが欠けたTアーム部分を補完していた。また2種類のDアーム欠損セリンtRNAに対応する別のEF-Tuはアミノ酸部分をも認識していた。(6)これらの翻訳因子の結晶化を行い、SerRSでは針状結晶を得た。tRNA-EF-Tu複合体の結晶化とともに、これらのX線解析を行う。

【研究分担者】
渡邊洋一	東京大学	大学院・医学系研究科	准教授	(Kakenデータベース)
大槻高史	岡山大学	大学院・自然科学研究科	準教授	(Kakenデータベース)
横堀伸一	東京薬科大学	生命科学部	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山東信介	京都大学	大学院・工学研究科	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
大槻高史	岡山大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
大槻高史	東京大学	大学院・工学系研究科	助手	(Kakenデータベース)
鈴木勉	東京大学	大学院・新領域創成科学研究科	講師	(Kakenデータベース)