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。

长期以来，人们已经知道，乙酰基tRNA合酶（ALAR）特异性地识别了tRNA（ALA）中的G3：U70碱基对，并与Ala结合tRNA（ALA），但已经发现，纳米章核的Alars的Alars与最小的GENOME大小相关的nanoarchaeum equitans（Nanoarchia）与Amino sibenty Is的基本差异：Amino arexectiabe Is Is Is Is canty Is cante：仅当添加β链才会产生G3：U70碱基对依赖性活性时，只有单独使用。尽管这种机制尚不清楚，但在本财政年度，截至上一年，我们继续在Beta链中创建残留物突变体，这些突变体可能参与G3：U70碱基对识别并进行了研究。尽管它在纳米结构ALARS-β（Isolecine（i50））中没有保守，但被认为与G3识别有关的三维结构中的G3识别相关，再三维硫酸硫酸盐硫酸盐古老的古老古细胞库果lobus fulgidus，还集中在许多质量上的Asparte ress中。丙氨酸，我们还创建了一个突变体，该突变体将位于I50附近的天冬氨酸 - 谷氨酸簇（DEE）转​​换为甘氨酸，并分析了RNA Minihelix的氨基酰基化（RNA被认为是TRNA的原始形式）。但是，由于所有这些突变体都表现出与天然形式相似的活性，因此人们认为存在未知的识别机制。此外，在这方面，基于schrödinger方程和分子力学和基于牛顿经典力学的分子力学和分子动力学计算的量子力学计算的模拟方法揭示了首次揭示“ L-氨基酸选择性选择性氨基糖化反应的总体机制”，包括RNAS的更大含量，以及lnas的实验，以及计算机的启动，可能是对启发性的启动性，可能是对反应型的反应性，这些反应是如何反应型，而不是反应型。有选择地。此外，还介绍了有关连接酶核酶的反应机理的学术论文和会议演讲，这也参与了原始TRNA的进化生成机制。

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