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

基本信息

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

项目摘要

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。

我们将阐明对生存至关重要的硫修饰生物分子和硫修饰RNA碱基的生物合成和降解的分子基础。我们将使用反应速率分析和结构光谱来阐明“硫转移反应”的机制，该反应只有当硫转运蛋白和RNA硫转移酶以适当的顺序动态作用时才能实现。基于上述内容，我们进行了研究，旨在了解支持硫修饰代谢的共同基本原理及其生物学意义。我们使用互补系统构建了细菌硫转运蛋白的细胞内功能分析系统。这表明了一种新的可能性，即从三维结构预测的硫转运蛋白的结构特征实际上有助于细胞内的硫转运过程。这被认为是实现硫顺利转移的三维结构机制，我们将在未来验证它是否可以推广。我们还尝试以 MnmA 酶为例，阐明 RNA 硫转移酶反应机制的差异，从而导致氧敏感性的差异。对于嗜热MnMA，氧敏感的铁硫簇结合并促进硫酸化反应。就大肠杆菌而言，结合铁硫簇所需的半胱氨酸（Cys）氨基酸残基之一是天冬氨酸（Asp），据说即使没有铁硫簇也能发生硫酸化反应。然而，Cys和Asp的相互替代并没有显示出耐氧性的任何变化。此外，我们已经制备了活性中心附近的高运动区域被替换的突变体，但我们尚未获得具有显着活性的突变体。