高等植物における葉緑体RNAエディティングの分子機構の解明

阐明高等植物叶绿体RNA编辑的分子机制

基本信息

批准号：
15030219
负责人：
小保方潤一
金额：
$ 4.1万
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：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

RNAエディティングとはゲノムDNAの配列がRNAレベルで編集(エディティング)される現象である。タバコの葉緑体ゲノムは約16万塩基対の大きさがあり、これまでC→U変換型のエディティング部位が34カ所同定されている。これらのエディティング部位周辺には共通の配列や構造が見つからず、これらのCがどのようにして認識されているのかが大きな謎とされてきた。本研究課題では、in vitro RNAエディティング系を用いて葉緑体におけるRNAエディティングの分子機構の解析を進めてきた。その結果、psbE遺伝子のmRNAではエディティング部位の上流-15から-6(エディティングされるCを+1)の領域に56kDaのトランス因子(p56)が、また、petB mRNAでは-20から-6までの配列に70kDaのトランス因子(p70)が、それぞれ配列特異的に結合することが明らかになった。つまり、個々のエディティング部位はそれぞれ特異的なタンパク質によって認識されていることが強く示唆された。ついで、p56をモデルに、エディティング部位とトランス因子の相互作用を、様々な塩基置換やUVクロスリンク法などを用いて詳しく解析した。その結果、p56とエディティング部位との直接の結合がpsbE mRNAのエディティング反応に必須であることが明らかになった。これらの結果から、部位特異的因子によるエディティング部位認識機構を世界で初めて示した。それは、トランス因子はまず上流シス配列に強く結合し、その一部を標的のCに近付け、接触すればエディティング反応が進行する、というものである。一つのタンパク質が2段階でエディティング部位を認識するこの機構は、他のRNAエディティングにはない、葉緑体独自のものである。さらに、エディティング部位が部位特異的因子に直接認識されることから、一つのタンパク質が部位決定とC→U変換反応の両方を行う可能性が示唆された。

RNA编辑是一种在RNA水平上编辑基因组DNA序列的现象。烟草叶绿体基因组大小约为160,000个碱基对，迄今为止已鉴定出34个C→U编辑位点。在这些编辑位点周围没有发现共同的序列或结构，并且如何识别这些 C 仍然是一个大谜团。在本研究项目中，我们利用体外RNA编辑系统分析了叶绿体中RNA编辑的分子机制。结果，在psbE基因mRNA中编辑位点上游的-15至-6(编辑C+1)区域和petB mRNA中-20至-6区域中发现了56kDa反式因子(p56)。结果表明，70kDa 反式因子 (p70) 以序列特异性方式与每个序列结合。这强烈表明每个编辑位点都被特定的蛋白质识别。接下来，以p56为模型，利用各种碱基替换和UV交联方法详细分析了编辑位点和反式因子之间的相互作用。结果表明，p56 和编辑位点之间的直接结合对于 psbE mRNA 编辑反应至关重要。根据这些结果，我们在世界上首次展示了一种通过位点特定因素识别编辑位点的机制。这个想法是，反式因子首先与上游顺式序列强烈结合，使其一部分靠近目标C，接触后，编辑反应就会继续进行。这种机制是叶绿体独有的，单个蛋白质分两步识别编辑位点，在其他 RNA 编辑系统中没有发现。此外，编辑位点直接被位点特异性因子识别的事实表明，单个蛋白质可以执行位点选择和 C→U 转换反应。