Molecular basis for biosynthetic and degradation systems for tRNA sulfur-modified bases

生存に不可欠な生体分子の硫黄修飾、RNAの硫黄修飾塩基などについて、その生合成と分解の分子基盤を解明する。硫黄運搬タンパク質とRNA硫黄転移酵素が適切な順序で動的に働くことで初めて実現される「硫黄転移反応」について、反応速度解析と構造分光学解析からそのメカニズムを解明する。以上により硫黄修飾の代謝を支える共通基盤原理とその生物学的意義を理解することを目的として研究を進めた。細菌由来硫黄運搬タンパク質について、相補系を利用した細胞内での機能解析系を構築した。立体構造から予想される硫黄運搬タンパク質の構造上の特徴が、実際に細胞内でも硫黄転移過程に寄与しているという新規の可能性が示唆された。円滑な硫黄転移を実現する立体構造的な仕組みと考えられ、今後は一般化することができるかを検証する。またRNA硫黄転移酵素についてもMnmAという酵素を例にとり酸素感受性の違いをうみだす反応機構の差異について解明を試みた。好熱菌MnmAの場合、酸素感受性の鉄硫黄クラスターが結合し、硫黄化反応に寄与する。大腸菌の場合、鉄硫黄クラスターの結合に必要なアミノ酸残基であるシステイン (Cys) の1つがアスパラギン酸 (Asp) になっており、鉄硫黄クラスターなしで硫黄化反応を行うとされている。しかしながらCysとAspの相互置換からは、酸素耐性の変換を示せなかった。さらに活性中心近傍の運動性の高い領域を置換した変異体を調製したが、顕著な活性がある変異体の取得には至っていない。

生存に不可欠な生体分子の硫黄修飾、RNAの硫黄修飾塩基などについて、その生合成と分解の分子基盤を解明する。硫黄運搬タンパク質とRNA硫黄転移酵素が適切な順序で動的に働くことで初めて実現される「硫黄転移反応」について、反応速度解析と構造分光学解析からそのメカニズムを解明する。以上により硫黄修飾の代謝を支える共通基盤原理とその生物学的意義を理解することを目的として研究を進めた。細菌由来硫黄運搬タンパク質について、相補系を利用した細胞内での機能解析系を構築した。立体構造から予想される硫黄運搬タンパク質の構造上の特徴が、実際に細胞内でも硫黄転移過程に寄与しているという新規の可能性が示唆された。円滑な硫黄転移を実現する立体構造的な仕組みと考えられ、今後は一般化することができるかを検証する。またRNA硫黄転移酵素についてもMnmAという酵素を例にとり酸素感受性の違いをうみだす反応機構の差異について解明を試みた。好熱菌MnmAの場合、酸素感受性の鉄硫黄クラスターが結合し、硫黄化反応に寄与する。大腸菌の場合、鉄硫黄クラスターの結合に必要なアミノ酸残基であるシステイン (Cys) の1つがアスパラギン酸 (Asp) になっており、鉄硫黄クラスターなしで硫黄化反応を行うとされている。しかしながらCysとAspの相互置換からは、酸素耐性の変換を示せなかった。さらに活性中心近傍の運動性の高い領域を置換した変異体を調製したが、顕著な活性がある変異体の取得には至っていない。