立体構造に基づく蛋白質合成マシーナリーの動作機構の解明

基于三维结构阐明蛋白质合成机器的运行机制

• 批准号: 11169204
• 负责人: 濡木 理
• 金额: $ 20.93万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11169204/
• 关键词: 遺伝情報変換; タンパク質合成; アミノアシルtRNA合成酵素; トランスファーRNA; RNAの転写後修飾; DNA複製; X線結晶構造解析; 蛋白質合成; RNA転写後修飾; RNAスプライシング

本研究の目的は、遺伝情報の変換過程(複製、転写、翻訳)に携わる酵素およびRNAの高次構造を決定し、生物マシーナリーとしての動作機構を解明することにある。本年は、まず超好熱古細菌Methanococcus jannashii由来のチロシルtRNA合成酵素(TyrRS)とtRNA^<Tyr>とL-チロシンの複合体の結晶構造を2.0解能で決定し、真核型TyrRSによるtRNAの認識機構を解明し、さらにアンバーサプレッサーtRNA^<Tyr>を効率よくチャージするTyrRS変異体をデザイン、調製することに成功した(論文投稿中)。本古細菌のTyrRSは、大腸菌のtRNA^<Tyr>とクロスリアクトすることがないため、本TyrRSとアンバーサプレッサーtRNA^<Tyr>を大腸菌内で発現させることによって、アンバー終止コドンに21番目の非天然型アミノ酸を取り込ませることが本研究により可能になった。さらに、大腸菌由来TyrRSに2つの変異を入れることによって3-ヨードチロシンをtRNA^<Tyr>にチャージする変異体TyrRSを作り出すことに成功し、この変異体TyrRSと3-ヨードチロシンとの複合体の結晶構造解析を行い、変異体TyrRSが非天然型アミノ酸を認識する構造的基盤を明らかにした。tRNAの3ユ末端のトリミングを行うRNase PHの結晶構造を2.7解能で決定し、3ユ末端のCCA配列直前まで正確に削りこむ機構を推定した(論文改訂中)。また、古細菌由来のクラスICCA付加酵素の結晶構造を2.0解能で決定し、CCA付加酵素の分子進化機構を解明した(論文準備中)。tRNAの修飾過程に関しては、古細菌のtRNAのG15にアーケオシンを導入するアーケオシングアニントランスグリコシラーゼとtRNAの複合体の結晶構造を決定し、酵素がtRNAを大きく変形して、配列非特異的かつ位置特異的に、G15に修飾を入れる機構を解明した(論文改訂中)。さらに、tRNAのG18をメチル化するspoUに関して、酵素とメチル基供与体であるSAMとの複合体の結晶構造を1.5解能で決定し、触媒ドメインに存在する特徴的な結び目構造の持つ役割を解明した(論文準備中)。ヘミメチル化DNAに結合することで、細胞分裂に伴うDNA複製の回数を調節するSeqAタンパク質とDNAの複合体を2.5解能で決定し、ヘミメチル化DNAの認識機構を明らかにした(論文投稿中)。また、DNAの複製開始に関わるDnaAタンパク質とDNAの複合体の結晶構造を2.0&ェ解能で決定し、DNA認識機構を解明した(Nucleic Acid Res., in press)。さらに、ヒト由来EGFとEGFレセプターの複合体の結晶構造を解明し、リガンドによる新規のレセプター活性化機構を明らかにした(Cell,2002)。

は の purpose, this study chose 伝 intelligence の variations change process (copy, planning to write, turn 訳) に with わ る enzyme お よ び RNA の を decided し high order structure, biological マ シ ー ナ リ ー と し て の action agencies を interpret す る こ と に あ る. This year, まず and まず are the super thermophilic archaea Methanococcus Jannashii origin の チ ロ シ ル tRNA synthetase (TyrRS) と tRNA ^ < Tyr > と L - チ ロ シ ン の complex の crystal structure will で し を 2.0 solution, karyotype TyrRS に よ る tRNA の know institutions を interpret し, さ ら に ア ン バ ー サ プ レ ッ サ ー tRNA ^ < Tyr > を working rate Youdaoplaceholder0 よくチャ ジするTyrRS variant をデザ をデザ <s:1> modulation する た とに successful た(in the process of paper submission). The archaea の TyrRS は, coliform の tRNA ^ < Tyr > と ク ロ ス リ ア ク ト す る こ と が な い た め, this TyrRS と ア ン バ ー サ プ レ ッ サ ー tRNA ^ < Tyr > を coliform in で 発 now さ せ る こ と に よ っ て, ア ン バ ー termination コ ド ン に 21 times eye の unnatural type ア ミ ノ acid を take り 込 ま せ る こ Youdaoplaceholder0 this study によ とが may になった. さ ら に, coliform origin TyrRS に 2 つ の - different を into れ る こ と に よ っ て 3 - ヨ ー ド チ ロ シ ン を tRNA ^ < Tyr > に チ ャ ー ジ す る - variant TyrRS を as り out す こ と に successful し, こ の - variant TyrRS と 3 - ヨ ー ド チ ロ シ ン と の complex analytical line を い の crystal structure, 1 - TyrR S が non natural ア ミ ノ acid を know す る structure of base plate を Ming ら か に し た. End of the tRNA の 3 ユ の ト リ ミ ン グ を line う RNase PH の crystal structure will で し を 2.7 solution, 3 ユ end の CCA go ahead ま で に cut right り こ む institutions を presumption し た (paper revises). Youdaoplaceholder0, archaea origin ラス ラス, crystal structure of ICCA parapsyl enzyme <s:1> を, 2.0 cleavage energy で determines た, molecular evolutionary structure of CCA parapsyl enzyme <e:1> を explains た(paper preparation). TRNA の modification process に masato し て は, the archaea の tRNA の G15 に ア ー ケ オ シ ン を import す る ア ー ケ オ シ ン グ ア ニ ン ト ラ ン ス グ リ コ シ ラ ー ゼ と tRNA の complex の crystallization structure を decided し, enzyme が tRNA を big き く - shaped し て, with columns of nonspecific か つ location specific に, G15 に modified を into れ る The institution を explains that た(the paper is being revised). さ ら に, tRNA の G18 を メ チ ル change す る spoU に masato し て, enzyme と メ チ ル base body and supply で あ る SAM と の complex の crystal structure will で し を 1.5 solution, catalytic ド メ イ ン に exist す る な knot び mesh structure of 徴 の hold cut を つ service interpret し た (prepare). ヘ ミ メ チ ル turn DNA に combine す る こ と で and cell division に う DNA replication の back several を adjust す る SeqA タ ン パ ク qualitative と の DNA complex を 2.5 will で し, ヘ ミ メ チ ル change DNA の know institutions を Ming ら か に し た (in paper submitted). ま の た, DNA replication began に masato わ る DnaA タ ン パ ク qualitative と DNA の complex の crystal structure を 2.0 & ェ solution can meet agency で decided し, DNA を interpret し た (Nucleic Acid Res., in press). さ ら に, ヒ ト origin EGF と EGF レ セ プ タ ー の complex の crystal structure を interpret し, リ ガ ン ド に よ る new rules の レ セ プ タ ー activeness institutions を Ming ら か に し た (Cell, 2002).

项目成果

T.L.Hendrickson, T.K.Nomanbhoy, V.Crecy-Lagard, S.Fukai, O.Nureki et al.: "Mutation Separation of two pathways for editing by a class I tRNA synthetase"Molecular Cell. 9. 353-362 (2002)

T.L.Hendrickson、T.K.Nomanbhoy、V.Crecy-Lagard、S.Fukai、O.Nureki 等人：“I 类 tRNA 合成酶编辑的两条途径的突变分离”分子细胞。

Mechulam, Y., Schmitt, L. Maveyraud, C. Zelwer, O, Nuerki, et al.: "Crystal structure of Escherichia coli methionyl-tRNA synthetase highlights species-specific features"J. Mol. Biol.. 294. 1287-1297 (1999)

Mechulam, Y.、Schmitt, L. Maveyraud、C. Zelwer, O、Nuerki 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.

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）。

Sekine,S.,A.Shimada,O.Nureki. et al.: "Crucial role of the HIGH-loop lysine for the catalytic activity of arginyl-tRNA synthetase"J.Biol.Chem.. (in press).

关根，S.，A.岛田，O.Nureki。

S.Sekine, O.Nureki et al.: "Two alternative ATP-binding modes mediate tRNA-dependent activation of Glu-tRNA synthetase"EMBO J.. 23. 1-13 (2002)

S.Sekine、O.Nureki 等人：“两种替代的 ATP 结合模式介导 Glu-tRNA 合成酶的 tRNA 依赖性激活”EMBO J.. 23. 1-13 (2002)