Molecular basis for biosynthetic and degradation systems for tRNA sulfur-modified bases

tRNA 硫修饰碱基生物合成和降解系统的分子基础

• 批准号: 21H02436
• 负责人: 鴫 直樹
• 金额: $ 9.07万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02436/
• 关键词: tRNA; 硫黄; 硫黄転移酵素; 無酸素実験

生存に不可欠な生体分子の硫黄修飾、RNAの硫黄修飾塩基などについて、その生合成と分解の分子基盤を解明する。硫黄運搬タンパク質とRNA硫黄転移酵素が適切な順序で動的に働くことで初めて実現される「硫黄転移反応」について、反応速度解析と構造分光学解析からそのメカニズムを解明する。以上により硫黄修飾の代謝を支える共通基盤原理とその生物学的意義を理解することを目的として研究を進めた。細菌由来硫黄運搬タンパク質について、相補系を利用した細胞内での機能解析系を構築した。立体構造から予想される硫黄運搬タンパク質の構造上の特徴が、実際に細胞内でも硫黄転移過程に寄与しているという新規の可能性が示唆された。円滑な硫黄転移を実現する立体構造的な仕組みと考えられ、今後は一般化することができるかを検証する。またRNA硫黄転移酵素についてもMnmAという酵素を例にとり酸素感受性の違いをうみだす反応機構の差異について解明を試みた。好熱菌MnmAの場合、酸素感受性の鉄硫黄クラスターが結合し、硫黄化反応に寄与する。大腸菌の場合、鉄硫黄クラスターの結合に必要なアミノ酸残基であるシステイン (Cys) の1つがアスパラギン酸 (Asp) になっており、鉄硫黄クラスターなしで硫黄化反応を行うとされている。しかしながらCysとAspの相互置換からは、酸素耐性の変換を示せなかった。さらに活性中心近傍の運動性の高い領域を置換した変異体を調製したが、顕著な活性がある変異体の取得には至っていない。

我们将阐明RNA硫修饰碱的生物合成和降解的分子基础，这对于生存至关重要。通过反应动力学分析和结构光谱分析，阐明了“硫转移反应”的机制，只有在携带蛋白质和RNA硫的转移酶进行动态作用时才能实现。上述研究的目的是了解支持硫修饰的代谢及其生物学意义的共同基本原则。使用用于细菌衍生的硫磺蛋白的互补系统在细胞内构建功能分析系统。已经提出，从三维结构预测的含硫蛋白的结构特征实际上有助于细胞内的硫转移过程。人们认为它是实现平滑硫转变的三维结构，我们将检查它是否可以在将来进行概括。我们还试图阐明反应机理的差异，该反应机制与酶MNMA产生氧气敏感性差异。在嗜热细菌MNMA的情况下，氧气敏感的铁硫簇相互结合，有助于硫化反应。在大肠杆菌的情况下，结合铁硫簇所需的氨基酸残基之一是天冬氨酸（ASP），据说在没有铁硫簇的情况下进行了硫化反应。但是，CYS和ASP的相互取代没有显示氧耐受性转化。此外，尽管准备了空气中心附近高度运动区域的突变体，但尚未获得具有显着活性的突变体。

项目成果

酸素感受性の [4Fe-4S] クラスターを有するtRNA硫黄化酵素の機能解析とその環境適応進化機構

氧敏感[4Fe-4S]簇tRNA硫酸化酶的功能分析及其环境适应进化机制

• 发表时间: 2021
• 作者: 鴫 直樹;堀谷正樹;宮内 健常;鈴木 勉;姫野 美沙緒
• 通讯作者: 姫野 美沙緒