ナノ古細菌アラニルtRNA合成酵素と遺伝暗号の進化の解明

纳米古菌丙氨酰-tRNA合成酶的阐明和遗传密码的进化

• 批准号: 21K06293
• 负责人: 田村 浩二
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06293/
• 关键词: tRNA; 遺伝暗号

アラニルtRNA合成酵素(AlaRS)はtRNA(Ala)中のG3:U70塩基対を特異的に認識して、tRNA(Ala)にAlaを結合させていることが長く知られてきたが、最小のゲノムサイズを有する古細菌Nanoarchaeum equitans (ナノアーキア)のAlaRSは、α鎖のみではG3:U70塩基対に依存しないアミノアシル化活性があり、β鎖が加わると初めてG3:U70塩基対に依存した活性を生み出すことが分かっている。このメカニズムは未解明だが、当該年度は、前年度から引き続き、β鎖において、G3:U70塩基対認識に関係する可能性のある残基の変異体を作製し、研究を行った。ナノアーキアのAlaRS-βでは保存されていない（イソロイシンになっている（I50））が、超好熱硫酸還元古細菌Archaeoglobus fulgidusにおける立体構造でG3認識に関係していると考え、また多くの生物種のAlaRSでも保存されているアスパラギン酸残基に注目し、I50をアラニンに換えた変異体（I50A）の他に、I50近傍に存在するアスパラギン酸・グルタミン酸クラスター（DEE）をグリシンに変換した変異体を作製して、RNAミニヘリックス（tRNAの原始形とされるRNA）のアミノアシル化解析を行った。しかしながら、これらの変異体は、いずれも天然型と同様の活性を示したので、未知の認識機構が存在していることが考えられる。また、これらに関連して、シュレディンガー方程式に基づいた量子力学計算とニュートンの古典力学に基づいた分子力学・分子動力学計算を組み合わせたシミュレーション法によって、遷移状態を含む「L-アミノ酸選択的なRNAのアミノアシル化反応」の全体のメカニズムを初めて明らかにし、実験においては不明であったL-アミノ酸が選択的に反応しやすい理由を計算機シミュレーションで解明した。加えて、原始tRNAの進化生成メカニズムにも関係したリガーゼリボザイムの反応機構について、学術論文発表や学会発表を行った。

alanil tRNA合成酶（ALAR）长期以来已经知道ALA与tRNA（ALA）结合了特异性识别nanoarchaeum equitans（nano -arcia）的tRNA（ala）Alars中的G3：U70碱基对，具有大小，具有大小，具有大小，仅在α链中仅取决于G3：U70碱基对，并且首次添加β链时，它会产生一种取决于G3：U70碱基对的活性知道。尽管这种机制被阐明了，但在β链中进行了相关的会计年度和研究，这可能与G3：U70基础与识别有关。它没有存储在纳米阿基亚的Alars-β（Isoleocyin（i50））中，但认为它与超级热情的抗抗细菌细菌的三维结构有关的G3识别有关。在Alars中，除了用丙氨酸转换I50的变量（i50a），该突变体将Aspalagic Acid Aspalagic Acid Aspluster（DEE）转​​化为i50附近的谷氨酸和谷氨酸（DEE）。螺旋（RNA，tRNA的原始形式）。但是，这些变体都显示出与自然类型相同的活性，因此可以想象存在一种未知的识别机制。除此之外，还基于牛顿的经典力学，“ l-氨基酸选择性RNA选择性RNA，结合了基于Shredinger方程和经典力学的量子力学计算的仿真方法，其中包含过渡状态。第一次，首次揭示了“氨基Sille反应”的总体机制，计算机仿真阐明了在实验中未知的L-氨基酸易于选择性反应的原因。此外，我们发表了学术论文，并介绍了有关Rigase Ribosymo的反应机制的学术社会，这也与原始tRNA的进化机制有关。

项目成果

R3Cリガーゼリボザイムを基盤としたアロステリックリボザイムの開発

基于R3C连接酶核酶的变构核酶的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤津優菜;無津呂（青木）裕美;田村浩二
• 通讯作者: 田村浩二

ナノアーキアAlaRSによる特異なRNAミニヘリックスのアミノアシル化メカニズム解析

纳米古菌 AlaRS 对独特 RNA 迷你螺旋的氨酰化机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 渡邊勇希;栗原遼大;無津呂（青木）裕美;田村浩二
• 通讯作者: 田村浩二

Kissing-Loop相互作用を介した非機能性RNAの機能性tRNAへの変換

通过 Kissing-Loop 相互作用将非功能性 RNA 转化为功能性 tRNA

• 发表时间: 2021
• 作者: 無津呂（青木）裕美;濵地心;栗原遼大;田村浩二
• 通讯作者: 田村浩二

ナノアーキア・アラニルtRNA合成酵素の蛍光ラベル化と相互作用解析

纳米古菌丙氨酰-tRNA 合成酶的荧光标记和相互作用分析

• 发表时间: 2021
• 作者: 中塚安佳里;無津呂（青木）裕美;田村浩二
• 通讯作者: 田村浩二

Amino acid activation analysis of primitive aminoacyl-tRNA synthetases encoded by both strands of a single gene using the malachite green assay

使用孔雀石绿测定法对单个基因的两条链编码的原始氨酰基-tRNA 合成酶进行氨基酸激活分析

• DOI: 10.1016/j.biosystems.2021.104481
• 发表时间: 2021
• 期刊: BIOSYSTEMS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Kazaha Onodera;Nana Suganuma;Haruka Takano;Yu Sugita;Tomoko Shoji;Ayaka Minobe;Narumi Yamaki;Riku Otsuka;Hiromi Mutsuro-Aoki;Takuya Umehara;Koji Tamura
• 通讯作者: Koji Tamura