単純なペプチドから汎用的な祖先タンパク質フォールドへの進化

从简单肽到通用祖先蛋白质折叠的进化

基本信息

批准号：
20K15854
负责人：
八木創太
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではRNAポリメラーゼの活性コアを形成する小型βバレル構造DPBBがどのように誕生・進化してきたかを探る。DPBBは約80残基からなるタンパク質構造であるが、その配列中には約40残基の疑似的な２回繰り返し構造が認められる。そのため、古代のDPBBは40残基の短いペプチドから誕生し、遺伝子重複と融合を経ることで現代のDPBB構造へと進化したと推定されてきた。本研究では、実際に約40残基のペプチドから構成されるホモダイマー型DPBBを実験的に構築することに成功した。この結果は、従来のDPBBの進化仮説を強く支持する。また、古代生命はタンパク質合成において現存生命が利用する20種類のアミノ酸よりも少ないアミノ酸種しか用いていなかったと考えられている。そこで、アミノ酸種を制限したホモダイマー型DPBBの設計を行ったところ、7種類のアミノ酸だけでDPBBを構築できることを見出した。つまり、古代DPBBはたった７種類のアミノ酸から構成される約40残基の短いペプチドでも構成可能だということがわかった。さらに興味深いことに上記の7種のアミノ酸で構成される配列はDPBB構造だけでなく、溶媒条件を変化させることで異なるホモダイマー型βバレル構造（DZBB）を形成することも見出した。このDZBBは天然のタンパク質には見られない構造である一方、リボソームタンパク質や翻訳因子などに含まれる他のβバレル構造と高い類似性が認められた。そこで、各βバレル間の進化的関係性を検証したところ、少ないアミノ酸置換また配列欠失・挿入のみでDZBBから３種の異なるβバレル構造へと構造変換できることを見出した。この結果は、DZBBがβバレル間の進化においてミッシングリンクのような存在であり、RNAポリメラーゼやリボソームタンパク質を構成する小型のβバレルは同一の祖先タンパク質から誕生したことを示唆する。

在这项研究中，我们探讨了形成RNA聚合酶活跃核心的小型β-桶结构DPBB如何出现和进化。 DPBB的蛋白质结构由约80个残基组成，但是在阵列中，观察到大约40个残基的伪-Pseudo -Repetition结构。因此，古代的DPBB是由40个残基的短肽诞生的，它与遗传重复融合后已演变为现代的DPBB结构。在这项研究中，我们成功地构建了一个由约40个残基组成的同性恋者-Daimer -Dype DPBB。该结果强烈支持常规的DPBB进化假设。此外，人们认为，与现有生命在蛋白质合成中使用的20种类型的氨基酸相比，古代生活仅使用的氨基酸少。因此，当我们设计了限制氨基酸的同性恋Mar -tacte dpbb时，我们发现DPBB只能使用七种氨基酸构建。换句话说，发现古老的DPBB可以用大约40种残基的短肽配置，仅由七种类型的氨基酸组成。有趣的是，发现由上述七个氨基酸组成的序列不仅通过更改溶剂条件以及DPBB结构来形成不同的同型式结构（DZBB）。虽然在天然蛋白质中找不到该DZBB，但与核糖体蛋白质和翻译因子中包含的其他β-桶结构的高相似性。因此，在验证每种β-桶之间的进化关系后，发现仅通过非阵列或插入，才能从DZBB到三个不同的β-桶结构进行结构转化。该结果表明，DZBB就像β桶之间的演化中的一个缺失的联系，而小的β桶（组成RNA聚合酶和肋骨蛋白）是从同一祖先蛋白质出生的。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Experimental reconstruction of the evolutionary pathway between ancient four b-barrels through a missing-link fold

通过缺失环节折叠实验重建古代四个b桶之间的进化路径

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
八木創太;田上俊輔
通讯作者：
田上俊輔

Seven amino acid types suffice to reconstruct the core fold of RNA polymerase

七种氨基酸类型足以重建RNA聚合酶的核心折叠

DOI：
10.1101/2021.02.22.432383
发表时间：
2021
期刊：
Biorxiv
影响因子：
0
作者：
Yagi Sota;Padhi Aditya K.;Vucinic Jelena;Barbe Sophie;Schiex Thomas;Nakagawa Reiko;Simoncini David;Zhang Kam Y. J.;Tagami Shunsuke
通讯作者：
Tagami Shunsuke

生命誕生初期のタンパク質を再現する試み

尝试重建生命早期阶段的蛋白质