X線結晶構造解析を用いたtRNAのアミノアシルtRNA合成酵素活性化機構の解明

利用 X 射线晶体学阐明 tRNA 氨酰基-tRNA 合成酶的激活机制

• 批准号: 11780462
• 负责人: 濡木 理
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11780462/
• 关键词: 蛋白質合成; トランスファーRNA; アミノアシルtRNA合成酵素; X線結晶構造解析; 校正反応; 分子進化; 高度好熱菌

高度好熱菌Thermus thermophilus由来のバリルtRNA合成酵素(ValRS)・tRNA^<Val>・バリルAMPアナログ3重複合体(分子量25万)の結晶構造を2.8Åで決定した(Cell2000;103:793-803)。木構造では、tRNAのアミノ酸受容末端がValRSのアミノ酸校正ドメインに特異的に認識されており、誤って活性化した非特異的なアミノ酸を校正する状態を示す最初の構造であり、tRNAの認識と連携した酵素のアミノ酸校正機構に関して全世界に先駆けて新しい知見を得た。また、高度好熱菌由来グルタミルtRNA合成酵素(GluRS)とtRNA^<Glu>の複合体の結晶構造を2.4Åで決定した(Nature Structural Biol.;3,in press).。GluRSには、生物種によって、tRNA^<Glu>(アンチコドンYUC^<36>)のみを認識する識別性GluRSと、tRNA^<Glu>とtRNA^<Gln>(アンチコドンYUG^<36>)の両方を認識するbifunctionalな非識別性GluRSがあるが、高度好熱菌由来GluRSは識別性GluRSである。本構造では、tRNA^<Glu>のアンチコドン3字目のC36がArg358により水素結合で認識されていたが、このArg残基をGln残基に置換することで、変異体GluRSは非識別性GluRSに変換されることがわかり、わずか1残基のアミノ酸置換でtRNA認識が変換された分子進化の過程を実証することに成功した。また超好熱古細菌Pyrococcus horikoshiiのリジルtRNA合成酵素(古細菌以外ではクラスIIに属するが、古細菌由来の本酵素はクラスIのATP結合モチーフを持ち、進化的に興味深い)の結晶構造をMAD法により解析し、モデルの構築を行っている。

Highly thermophilic bacteria Thermus The origin of thermophilus is a 3-repeated complex of tRNA synthetase (ValRS), tRNA^<Val>, and バリルAMPアナログ (molecular weight: 250,000) with a crystal structure of 2.8Å (Cell2000;103:793-803). Wood structure では, tRNA のアミノacid-accepting end がValRS のアミノacid correction ドメインにspecific にcognition されており, error ってactivation したnon-specific なアミThe acid correction mechanism shows the initial structure of the enzyme, and the understanding of tRNA and the connection between enzyme and acid correction mechanism are all over the world. The crystal structure of the tRNA^<Glu> complex is determined by the tRNA synthetase (GluRS) and the highly thermophilic bacterium 2.4Å (Nature Structural Biol.; 3, in press). GluRSには、Biological speciesによって、tRNA^<Glu>(アンチコドンYUC^<36>)のみをcognitionするidentification GluRSと、tRNA^<Glu>とtRNA^<Gl n>(アンチコドンYUG^<36>)の両方を知するbifunctionalなnon-identifying GluRSがあるが, highly thermophilic bacteria-derived GluRSはidentifying GluRSである. This structure is では、tRNA^<Glu>のアンチコドン3 characterのC36がArg358により Hydrogen binding で recognition さ れ て い た が, こ の Arg residue を Gln residue に replacement す る こ と で, Allogeneic GluRS, non-recognizing GluRS, replacement of 1 residue The process of understanding the molecular evolution of アミノacid substitution and tRNA has been proved to be successful.またSuper thermophilic archaea Pyrococcus horikoshii tRNA synthetase (other than archaea, II genus II, archaeal origin of tRNA synthesis enzyme) IのATP combined with the モチーフをhold ち, the evolved に interesting deep い) の crystal structure を MAD method に よ り analysis し, モデ ル の structuring を row っ て る.

项目成果

Mechulam,Y.,E.Schmitt,L.Maveryraud,C.Zelwer,O.Nureki,et al: "Crystal Structure of Escherichia coli methionyl-tRNA Synthetase highlights species-specific features"J.Mol.Biol.. 294. 1287-1297 (1999)

Mechulam,Y.,E.Schmitt,L.Maveryraud,C.Zelwer,O.Nureki,等人：“大肠杆菌甲硫氨酰-tRNA 合成酶的晶体结构突出了物种特异性特征”J.Mol.Biol.. 294. 1287

Fukai,S.,O.Nureki et al.: "Structural basis for double-sieve discrimination of the cognate L-valine from L-isoleucine and L-threonine by the complex of tRNA^<Val> and valyl-tRNA synthetase"Cell. 103. 793-803 (2000)

Fukai,S.,O.Nureki 等人：“通过 tRNA^<Val> 和缬氨酰-tRNA 合成酶复合物对同源 L-缬氨酸与 L-异亮氨酸和 L-苏氨酸进行双筛区分的结构基础”Cell

Kukimoto,M.,O.Nureki et al.: "Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of the extracellular domain of the cell surface antigen CD38 complexed with ganglioside"J.Biochemistry. 127. 181-184 (2000)

Kukimoto,M.,O.Nureki 等人：“与神经节苷脂复合的细胞表面抗原 CD38 的胞外结构域的结晶和初步 X 射线衍射分析”J.Biochemistry。

Nureki,O.et al.: "Proofreading by isoleucy-transfer RNA synthetase"Science. 283. 459a (1999)

Nureki,O.等人：“通过异亮氨酸转移 RNA 合成酶进行校对”科学。

Sekine,S.,O.Nureki,A.Shimada,D.G.Vassylyev and S.Yokoyama: "Structural basis for anticodon recognition by discriminating glutamyl-tRNA synthetase"Nature Structural Biol.. (in press).

Sekine,S.,O.Nureki,A.Shimada,D.G.Vassylyev 和 S.Yokoyama：“通过区分谷氨酰-tRNA 合成酶识别反密码子的结构基础”《自然结构生物学》（出版中）。