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

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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。