ヒトのミトコンドリアrRNAおよびtRNA遺伝子の進化機構RNA機能構造

人类线粒体rRNA和tRNA基因的进化机制 RNA功能结构

• 批准号: 07250211
• 负责人: 田中 雅嗣
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07250211/
• 关键词: ミトコンドリア遺伝子; リボゾームRNA; 変異発生頻度; 塩基配列; 分子進化

【目的】ヒトのミトコンドリア遺伝子(mtDNA)は、1)組み換えなどの複雑な修復を受けず進化機構が単純である、2)コピー数が大きいため遺伝子増幅が容易でPCR産物の塩基配列を直接決定できる、3)種内変異の頻度が高く大量のデータを集積できる、などの特徴があるため、mtDNAは分子進化研究のモデル系として貴重である。本研究ではヒトの12SrRNA遺伝子の種内変異を解析し、rRNA分子進化の特徴を明らかにすることを目指した。【mRNAをコードする領域における変異】43個のヒトのmtDNAの全塩基配列(16,569bp×43=712,467bp)を決定し、mtDNAによってコードされた13種のサブユニット遺伝子の第3コドン位置(特にfour-fold degenerate sites)の塩基置換の頻度を実測した。その結果、L鎖(light strand)H鎖(heavy strand)との間で、変異発生頻度が著しく異なることを見いだした。すなわち、L鎖上のG→A塩基転位はH鎖上の9倍の頻度(G_L→A_L 20/97sites,20.6%対G_H→A_H 18/821sites、3.2%)で生じ、L鎖上のT→C塩基転移はH鎖上の1.8倍の頻度で生じていた。すなわち4種の塩基は鎖に関して非対称的な変異圧を受けていた。さらに、変異発生頻度の逆数から第3コドン位置の塩基組成を予測すると、実測値とよく一致した[A=35.0%(予測値)対39.5%(実測値),C=40.2%対42.0%,G=6.2%対5.0%,T=18.7%対13.5%]。このようにmtDNAの二本の鎖の間の塩基組成の偏りが変異の発生頻度の差に基づくことが明らかになった。【12SrRNA領域における変異】ヒトの49例の日本人個体の12SrRNA遺伝子(954塩基)において合計22カ所に変異が観察された。ステム部分の9カ所の変異のうち、U:A__-→U:G__-が3カ所、G__-:U→A__-:Uが2カ所、G:C__-→G:U__-が1カ所に観察された。合計6カ所の変異にG:U塩基対が関与していた。また非Watoson-Crick塩基対が関与する、A__-:U→C__-:U、U__-:A→C__-:A、U:U__-→U:C__-がそれぞれ1カ所に観察された。ループ部分の13カ所の変異のうち、1カ所のC→A transversionを除いた12カ所はtransitionであった。G→Aが2カ所(2/58=3.4%)に対してA→Gが3カ所(3/197=1.5%)、U→Cが4カ所(4/69=5.8%)に対してC→Uが3カ所(3/144=2.1%)に観察され、変異頻度の高い塩基は存在比が低い傾向が観察された。【結論】12SrRNA遺伝子のヒト種内変異の解析から、ステム部分でのA:U【double arrow】G:U【double arrow】G:C間の遷移においてG:U塩基対が中間体としての役割を果たしていること、ループ部分の塩基組成に変異発生頻度が反映していることが示唆された。

[目的]人的线粒体基因（mtDNA）是分子进化研究的模型，因为它们是1）没有进行复杂的修复，例如重组，2）由于它们的拷贝数较大，它们易于扩增基因并允许直接确定PCR产物的基础序列，并且通常是interpecies cymecies cymative and Ampartimate累积的数据，并且很容易累积。在这项研究中，我们分析了人类12S rRNA基因中的种内突变，旨在阐明rRNA分子进化的特征。 [mRNA编码区域中的繁殖]确定了43个人mtdnas的总碱基序列（16,569 bp x 43 = 712,467 bp），并确定了13个亚基基因的第三个密码子位置（尤其是四倍回变位点）的基本替代频率（尤其是四倍的变性位点）。结果，发现突变发生的频率在光线和重链之间显着差异。也就是说，L链上的G→在H链上发生了九倍的基础重排（G_L→A_L 20/97位置，20.6％，20.6％vs G_H→A_H 18/821站点，3.2％），L链上的L链上的T→C C碱基重新分组在H链上发生了更频繁的频率。也就是说，这四个碱基相对于链条遭受了不对称的突变压力。此外，从突变发生频率的倒数中预测第三个密码子位置的基本组成与实际测量值[a = 35.0％（预测值）vs. 39.5％（预测值），C = 40.2％，c = 4.2％vs. 42.0％，G = 6.2％，g = 6.2％vs. 5.0％，T = 18.7.7％vs. 13.7％vs. 13.5％vs. 13.5％。因此，揭示了mtDNA两条链之间的碱基组成中的偏置是基于突变发生频率的差异。 [12srRNA区域的突变]在49个人类日本个体中的12srRNA基因（954个碱基）中总共观察到22个突变。在茎部分的九个突变中，u：a __-→u：g __-在三个位置观察到g __-：u→a __-：u和g：u和g：c __-→g：u __-在一个位置观察到。 G：U碱基对参与了总共六个突变。此外，涉及的非Watoson-Crick碱基对，A __-：u→C __-：u，u，u __-：a→c __--：a，：a， U:U__--→U:C__---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------在循环中的13个突变中，有12个是过渡，除了一个c→trant术。在2个位置观察到G→A的存在（2/58 = 3.4％），在3个位置观察到A→G在4个位置观察到U→C在4个位置（4/69 = 5.8％）（c→C→C→C），并在3个位置观察到U型（3/144 = 2.1％），并具有较高的倾向，较高的频率均为一定次数。 [结论]对12srRNA基因中人类内突变的分析表明，g：u碱基对在a：u [double箭头] g：u [double箭头] g：u [double箭头] g：u [double Arrow] g：c中的c中起着中间作用，突变的频率发生在loop portion的基础构图中。

项目成果

Yoneda M,et al.: "Oxygen stress indeces an apoptotic cell death asociated with fragmentation of mitochondrial" Biochem.Biophys.Res.Commun.209. 723-729 (1995)

Yoneda M 等人：“氧应激导致与线粒体碎片相关的细胞凋亡”Biochem.Biophys.Res.Commun.209。

Kishimoto M,et al.: "Mitochondrial mutation in diabetic patient with gastointestinal symptoms" Lancet. 345. 452 (1995)

Kishimoto M 等人：“具有胃肠道症状的糖尿病患者的线粒体突变”《柳叶刀》。

Yoritaka N,et al.: "Increased HNE-modified proteins in nigral neurons of Parkinson's disease" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. (in press). (1996)

Yoritaka N 等人：“帕金森病黑质神经元中 HNE 修饰蛋白的增加”Proc.Natl.Acad.Sci.USA。

Mizuno Y,et al.: "Role of mitochondria in the etiology and pathogenesis of Parkinson's disease" Biochim Biophys Acta. 1271. 265-274 (1995)

Mizuno Y 等：“线粒体在帕金森病的病因学和发病机制中的作用”Biochim Biophys Acta。

Tanaka M,et al.: "Mitochondrial DNA mutations in cardiomyopathy : Combination of replacements yielding cysteine residues and tRNA mutations" Muscle Nerve. Suppl 3. S165-S169 (1995)

Tanaka M 等人：“心肌病中的线粒体 DNA 突变：产生半胱氨酸残基的替换组合和 tRNA 突变”肌肉神经。