RNAに依存した遺伝暗号の進化の構造的基盤の解明

阐明遗传密码RNA依赖性进化的结构基础

• 批准号: 08J01464
• 负责人: 荒磯 裕平
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J01464/
• 关键词: 構造生物学; X線結晶構造解析; 遺伝暗号; 翻訳; セレノシステイン; tRNA; リン酸化酵素; 古細菌; ヤレノシステイン

tRNAに依存したセレノシステイン合成の多段階反応において、Ser-tRNA^<Sec>のセリン側鎖をリン酸化する酵素PSTKが選択的にtRNA^<Sec>を認識する機構を解明するため、PSTK・tRNA^<Sec>複合体の結晶構造解析を試みた。結晶化に適した均一な複合体を調製するため、mini-tRNA^<Sec>やASL-truncated tRNA^<Sec>などの数種類の変異体tRNA^<Sec>を調製し、それぞれの共結晶化を行った。その結果、幾つかの条件下で結晶化に成功し、更に結晶化条件を最適化したところ、分解能2.4Åまでの回折データを収集することができた。PSTK単独の結晶構造をサーチモデルとした分子置換法により位相決定を行い、最終的には分解能2.4Åで複合体の結晶構造を決定した。複合体の結晶構造では、C末端ドメインがN末端ドメインから約60Å離れたところまで大きく動き、tRNA^<Sec>を両側から挟むようにしてtRNAのL字構造を認識していた。C末端ドメインでは、生物種間で高度に保存されたArg199がtRNA^<Sec>に特徴的なコンパクトなDループ構造を特異的に相互作用していることが明らかになった。また、N末端ドメインのLys138、及びTyr139はtRNA^<Sec>のアクセプターステムに存在する保存性の高い塩基対G2-C71、及びC3-G70と塩基特異的な相互作用を形成していた。このようにPSTKはtRNA^<Sec>に特有の立体構造と相互作用を形成しており、これらの相互作用によってSer-tRNA^<Sec>とSer-tRNA^<Sec>を厳密に識別していることが原子分解能レベルで解明された。続いて、C末端ドメインを欠失した変異体を調製しin vitroでのリン酸化活性測定、及びin vivoでの相補性試験を行うことで、Sep-tRNA^<Sec>合成におけるN末端ドメインとC末端ドメインの役割を同定することを試みた。その結果、N末端ドメインはSep-tRNA^<Sec>合成に必要な全ての要素を持ち、N末端ドメイン単独でもSer側鎖のリン酸化は可能であることが示された。一方、C末端ドメインはtRNA^<Sec>のコア領域と強固に結合することでPSTKとSer-tRNA^<Sec>の相互作用を強め、更にSer-tRNA^<Sec>を正しい配向に固定する役割を担うことが示唆された。以上より、PSTKがセレノシステインの正確な遺伝暗号翻訳を保証する分子機構が解明された。

The analysis of the crystal structure of the tRNA complex was carried out.<Sec><Sec><Sec>Crystallization of Homogeneous Complexes: Modulation, Mini-tRNA, ASL-truncated tRNA, and Several Kinds of HeterotRNA<Sec><Sec><Sec>As a result, the crystallization was successful under several conditions, and the crystallization conditions were optimized. The decomposition energy was 2.4%. The crystal structure of PSTK is determined by molecular replacement method, and the final decomposition energy is 2.4%. The crystal structure of the complex is about 60 degrees C. The structure of the complex is about 60 degrees C. The structure of the complex is about 60 degrees C.<Sec>The C-terminal region is highly conserved among species, and the characteristic region of Arg 199 is highly conserved among species.<Sec>Lys 138 and Tyr 139 of the N-terminal region of the tRNA form a conserved, highly conserved, G2-C71 and C3-G70-specific interaction in the presence of the tRNA sequence.<Sec>The PSTK tRNA has a unique stereostructure and interaction, and the interaction between Ser-tRNA and Ser-tRNA is closely recognized.<Sec><Sec><Sec>The N-terminal deletion and C-terminal deletion of TRNA were determined by enzyme activity assay in vitro and complementary assay in vivo.<Sec>As a result, the N-terminal terminal region is essential for Sep-tRNA synthesis, and the N-terminal region is independent of the Ser side lock.<Sec>The interaction between PSTK and Ser-tRNA is strong, and the alignment of Ser-tRNA is positive.<Sec><Sec><Sec>The molecular mechanism for ensuring the correct translation of the PSTK is explained in the above paragraphs.

项目成果

酵素利用技術大系-基礎・解析から改変・高機能化・産業利用まで-(1章1節2)

酶利用技术体系 - 从基础和分析到修饰、高功能性和工业用途 - （第一章，第 1、2 节）

• 发表时间: 2010
• 作者: 石谷隆一郎;荒磯裕平;野澤佳世
• 通讯作者: 野澤佳世

tRNAに依存したセレノシステイン生合成の構造的基盤

tRNA依赖性硒代半胱氨酸生物合成的结构基础

• 发表时间: 2008
• 作者: 荒磯裕平;R.Lynn Sherrer;石谷隆一郎;Joanne M.L.Ho;Dieter Soll;濡木理;荒磯裕平
• 通讯作者: 荒磯裕平

O-ホスホセリルtRNAリン酸化酵素PSTKによるtRNA^<Sec>認識機構の構造的基盤

O-磷酸丝氨酰tRNA激酶PSTK识别tRNA^<Sec>机制的结构基础

• 发表时间: 2009
• 作者: 荒磯裕平;R.Lynn Sherrer;石谷隆一郎;Joanne M.L.Ho;Dieter Soll;濡木理
• 通讯作者: 濡木理

Structural analyses for RNA-dependent eukaryal and archaeal selenocys teine formation

RNA依赖性真核和古菌硒代蛋白形成的结构分析

• 发表时间: 2008
• 作者: 荒磯裕平;R.Lynn Sherrer;石谷隆一郎;Joanne M.L.Ho;Dieter Soll;濡木理;荒磯裕平;荒磯裕平
• 通讯作者: 荒磯裕平

C-terminal domain of archaeal O-phosphoseryl-tRNA kinase displays large-scale motion to bind the 7 base pair D-stem of archaeal tRNA^<Sec>

古细菌 O-磷酸丝氨酰-tRNA 激酶的 C 末端结构域显示出大规模运动，以结合古细菌 tRNA 的 7 碱基对 D 茎^<Sec>

• 发表时间: 2011
• 期刊: Nucleic Acids Research
• 影响因子: 14.9
• 作者: R.Lynn Sherrer^*;Yuhei Araiso^*;Caroline Aldag;Ryuichiro Ishitani;Joanne Ho;Dieter Soll;Osamu Nureki (*^equal contributionto this work)
• 通讯作者: Osamu Nureki (*^equal contributionto this work)