単純なペプチドから汎用的な祖先タンパク質フォールドへの進化

从简单肽到通用祖先蛋白质折叠的进化

• 批准号: 20K15854
• 负责人: 八木 創太
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K15854/
• 关键词: タンパク質進化; RNAポリメラーゼ; 生命の起源; フォールディング; タンパク質のフォールディング

本研究ではRNAポリメラーゼの活性コアを形成する小型βバレル構造DPBBがどのように誕生・進化してきたかを探る。DPBBは約80残基からなるタンパク質構造であるが、その配列中には約40残基の疑似的な２回繰り返し構造が認められる。そのため、古代のDPBBは40残基の短いペプチドから誕生し、遺伝子重複と融合を経ることで現代のDPBB構造へと進化したと推定されてきた。本研究では、実際に約40残基のペプチドから構成されるホモダイマー型DPBBを実験的に構築することに成功した。この結果は、従来のDPBBの進化仮説を強く支持する。また、古代生命はタンパク質合成において現存生命が利用する20種類のアミノ酸よりも少ないアミノ酸種しか用いていなかったと考えられている。そこで、アミノ酸種を制限したホモダイマー型DPBBの設計を行ったところ、7種類のアミノ酸だけでDPBBを構築できることを見出した。つまり、古代DPBBはたった７種類のアミノ酸から構成される約40残基の短いペプチドでも構成可能だということがわかった。さらに興味深いことに上記の7種のアミノ酸で構成される配列はDPBB構造だけでなく、溶媒条件を変化させることで異なるホモダイマー型βバレル構造（DZBB）を形成することも見出した。このDZBBは天然のタンパク質には見られない構造である一方、リボソームタンパク質や翻訳因子などに含まれる他のβバレル構造と高い類似性が認められた。そこで、各βバレル間の進化的関係性を検証したところ、少ないアミノ酸置換また配列欠失・挿入のみでDZBBから３種の異なるβバレル構造へと構造変換できることを見出した。この結果は、DZBBがβバレル間の進化においてミッシングリンクのような存在であり、RNAポリメラーゼやリボソームタンパク質を構成する小型のβバレルは同一の祖先タンパク質から誕生したことを示唆する。

This study で は RNA ポ リ メ ラ ー ゼ の active コ ア を form す る small beta バ レ ル tectonic DPBB が ど の よ う に birth, evolution し て き た か を る. DPBB は about 80 residues か ら な る タ ン パ ク mass structure で あ る が, そ の match column に は about 40 residues の suspected な 2 back Qiao り return し tectonic が recognize め ら れ る. そ の た め, ancient の DPBB は 40 residues の short い ペ プ チ ド か ら born し fusion, but 伝 repeat と を 経 る こ と で modern の DPBB tectonic へ と evolution し た と presumption さ れ て き た. This study で は, be interstate に about 40 residues の ペ プ チ ド か ら constitute さ れ る ホ モ ダ イ マ ー type DPBB を be 験 す に build る こ と に successful し た. The を and 従 results of <s:1> DPBB <s:1> evolution 仮 theory を strongly く support する. ま た, ancient life は タ ン パ ク quality synthetic に お い て life が using existing す る 20 kinds の ア ミ ノ acid よ り も less な い ア ミ ノ acid kind of し か with い て い な か っ た と exam え ら れ て い る. そ こ で, ア ミ ノ acid kind of limitations を し た ホ モ ダ イ マ ー type DPBB の line design を っ た と こ ろ, 7 species の ア ミ ノ acid だ け で DPBB を build で き る こ と を shows し た. つ ま り, ancient DPBB は た っ た 7 kinds の ア ミ ノ acid か ら constitute さ れ る about 40 residues の short い ペ プ チ ド で も composition may だ と い う こ と が わ か っ た. さ ら に tumblers deep い こ と に written の seven の ア ミ ノ acid で constitute さ れ る match column は DPBB tectonic だ け で な く, solvent condition を variations change さ せ る こ と で different な る ホ モ ダ イ マ ー type beta バ レ ル structure (radio DZBB) を form す る こ と も shows し た. こ の radio DZBB は natural の タ ン パ ク qualitative に は see ら れ な い tectonic で あ る side, リ ボ ソ ー ム タ ン パ ク qualitative や turn 訳 factor な ど に containing ま れ る he の beta バ レ ル high tectonic と い similarity が recognize め ら れ た. そ こ で, the beta バ レ ル masato is の evolution between sexual を 検 card し た と こ ろ, less な い ア ミ ノ acid replacement ま た match column owe loss, scions into の み で radio DZBB か ら three の different な る beta バ レ ル tectonic へ と structural variations in で き る こ と を shows し た. こ の results は, radio DZBB が beta バ レ ル の evolution between に お い て ミ ッ シ ン グ リ ン ク の よ う な exist で あ り, RNA ポ リ メ ラ ー ゼ や リ ボ ソ ー ム タ ン パ ク qualitative を constitute す る small の beta バ レ ル は same の ancestors タ ン パ ク qualitative か ら born し た こ と を in stopping す る.

项目成果

Experimental reconstruction of the evolutionary pathway between ancient four b-barrels through a missing-link fold

通过缺失环节折叠实验重建古代四个b桶之间的进化路径

• 发表时间: 2023
• 作者: 八木創太;田上俊輔
• 通讯作者: 田上俊輔

Seven amino acid types suffice to reconstruct the core fold of RNA polymerase

七种氨基酸类型足以重建RNA聚合酶的核心折叠

• DOI: 10.1101/2021.02.22.432383
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biorxiv
• 作者: Yagi Sota;Padhi Aditya K.;Vucinic Jelena;Barbe Sophie;Schiex Thomas;Nakagawa Reiko;Simoncini David;Zhang Kam Y. J.;Tagami Shunsuke
• 通讯作者: Tagami Shunsuke

生命誕生初期のタンパク質を再現する試み

尝试重建生命早期阶段的蛋白质

Reconstruction of the evolution of the ancient b-barrels with a limited amino acid types

用有限的氨基酸类型重建古代b桶的进化

• 发表时间: 2022
• 作者: 八木創太;田上俊輔
• 通讯作者: 田上俊輔

7種類のアミノ酸だけで古代βバレルを創る

创建仅含 7 种氨基酸的古老 β-桶

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉村友里;東房健一;清水邦義;八木創太
• 通讯作者: 八木創太