RNA を分子擬態するタンパク質 -...
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RNA を分子擬態するタンパク質 - トランス･トランスレーションの分子メカニズムの解明 -. 農学生命科学部 栗田大輔. タンパク質. mRNA. DNA. tRNA rRNA. E. P. A. Korostelev et al., 2008 Curr Opin Chem Biol. Vila-Sanjurjo et al., 2003 PNAS, PDB ID:1PNU, 1PNS. RNA. Molecular Biology of the Cell, 5th edition. - PowerPoint PPT Presentation
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RNAを分子擬態するタンパク質
-トランス トランスレーションの分子メカニズムの解明･ -
農学生命科学部栗田大輔
RNA
DNA mRNA タンパク質
tRNArRNA
Vila-Sanjurjo et al., 2003 PNAS, PDB ID:1PNU, 1PNS
P AE
Korostelev et al., 2008 Curr Opin Chem Biol
tmRNA = tRNA + mRNA
Kurita et al., 2011 Journal of Nucleic Acids Molecular Biology of the Cell, 5th edition
・バクテリアに広く保存される低分子 RNA
・ 2分子の RNAから 1分子のペプチドを作る変則的翻訳を担う
・翻訳が滞ったリボソームを解消し、出来かけのペプチドの分解を促進
SmpB : tmRNA結合タンパク質
1 133 160
Unstructured
Dong et al., (2002) EMBO journal
tmRNAが機能する上で必須のタンパク質
tmRNA
SmpB
APE
→構造解析
tmRNA/SmpBトランス・トランスレーションの分子メカニズム
機能解析
SmpB/リボソーム複合体構造解析Primer extensionDirected hydroxyl radical probing Sites of cleavages from C-tail
Kurita et al., 2007 Nucleic Acids Res.
in vitro trans-translation assay
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
wt nocys
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 35
Position of Cys
inco
rpo
rate
d A
la (
rela
tive
)
in vitro trans-translation assay
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
37 39 42 45 48 50 52 55 57 59 60 62 63 64 66 67 69 74 75 76 77 78 79 80 81 83 85 87
Position of Cys
inco
rpo
rate
d A
la (
rela
tive
)
in vitro trans-translation assay
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
89 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 115 119 120 122 124 126 131 132 133
Position of Cys
inco
rpo
rate
d A
la (
rela
tive
)
in vitro trans-translation assay
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160
Position of Cys
inco
rpo
rate
d A
la (
rela
tive
)
・ 117種類の SmpB変異体を用意し マッピングを行った
・変異体の活性を in vitroで測定した
A-site SmpB P-site SmpB
SmpBの N末端は tRNAを分子擬態している
Kurita et al., 2007 Nucleic Acids Res.
分子擬態とは
tRNA tRNA/EF-Tu/GTP EF-G EF-P
tmRNA/SmpB(部分構造）
リボソーム上で働くタンパク質の立体構造がtRNAに非常によく似ていることから提唱された概念
SmpBの C末端はmRNAを分子擬態している
Kurita et al., 2007 Nucleic Acids Res.
tmRNA/SmpBトランス・トランスレーション
構造解析 →機能解析
In vitro（生体外）トランス・トランスレーション反応
リボソーム
mRNAtRNA
SmpB
tmRNA
EF-Tu翻訳因子
EF-G翻訳因子
アミノアシル tRNA合成酵素
Asano et al., 2005 Nucleic Acids Res.
SmpBの C末端の役割133 160
Full length
1
KKQHDKRS DIKEREWQVD KARIMKNAHR1-132
1-145
1-153
KKQHDKRS DIKER
KKQHDKRS DIKEREWQVD KAR
Kurita et al., 2010 RNAKonno et al., 2007 RNA
SmpBの C末端の役割133 160
Full length
1
KKQHDKRS DIKEREWQVD KARIMKNAHR
Kurita et al., 2010 RNA
SmpBの C末端の役割133 160
KKQHDKRS DIKEREWQVD KARIMKNAHR
Kurita et al., 2010 RNA
Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)
0
500
1000
1500
2000
2500
0.1 1 10 100 1000 10000
70S concentration (nM)
Diff
usio
n tim
e (u
sec)
wt
147C
トランス・トランスレーションの初期段階
・ tmRNAだけでなく、 SmpBも tRNAとmRNA両方の機能を持つ
・mRNAを構造的にも機能的にも分子擬態するという最初の例である
・タンパク質は遺伝情報をコードしない、という常識を覆すものである
・病原菌（ピロリ菌、ペスト菌）の増殖抑制・ 3Dプリンタを用いた分子模型
競争的研究資金 平成 21-22年度 科学研究費補助金 スタートアップ 平成 23-26年度 科学研究費補助金 若手 B
学術雑誌等1. Kurita D, Muto A, Himeno H. tRNA/mRNA mimicry by tmRNA and SmpB in trans-translation. Journal of Nucleic Acids, 20112. Himeno H, Kurita D, Muto, A.: Trans-translation by tmRNA and SmpB: a bacterial quality control system of translation. Advances in Genetics Research, Nova Science Publishers Inc., 20103. 姫野俵太、栗田大輔、武藤昱 2つの tRNA/mRNAハイブリッド –トランス・トランスレーション - mRNAプログラム 多様性と 非対称性の獲得戦略（稲田利文、大野睦人編）、共立出版、 2201-2206. 20104. Kurita D, Muto A, Himeno H. Role of the C-terminal tail of SmpB in the early stage of trans-translation. RNA. 5, 980-990. 20105. Une M, Kurita D, Muto A, Himeno H. Trans-translation by tmRNA and SmpB. Nucleic Acids Symp Ser. 53, 305-306. 2009 6. 姫野俵太、栗田大輔、武藤昱 2つの tRNA/mRNAハイブリッド –トランス・トランスレーション - 蛋白質核酸酵素、 共立出版、 2201-2206. 2009
学会発表1. Kurita D, Une M, Muto A, Himeno H. Molecular mechanism of the early stage of trans-translation. 7th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry, Yokohama, Japan, Nov. 20102. Kurita D, Muto A, Himeno H. Trans-translation by tmRNA/SmpB. The 3rd International Symposium on Protein Community, Nara, Japan, Sep. 20103. Kurita D, Une M, Muto A, Himeno H. Molecular mimicry by tmRNA/SmpB during trans-translation. Ribosomes 2010 meeting, Orvieto, Italy, May, 20104. Takemoto C, Connell SR, Hase Y, Naoe C, Wang H, Kaminishi T, Kikuchi T, Hirata Y, Kurita D, Muto A, Muto Y, Yokoyama S, Himeno H. Structural studies for RsgA/YjeQ, a ribosome maturation factor. Ribosomes 2010 meeting, Orvieto, Italy, May, 2010 5. Kurita D, Une M, Muto A, Himeno H. Molecular mimicry of tRNA/mRNA during trans-translation. ASBMB 2010 Annual meeting, Anaheim, USA. Apr. 20106. Kurita D, Une M, Muto A, Himeno H. Role of the C-terminal tail of SmpB during trans-translation. 23rd tRNA workshop, Aveiro, Portugal, Jan. 20107. Une M, Kurita D, Muto A, Himeno H. Trans-translation by tmRNA and SmpB. 6th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry, Takayama, Gifu, Japan, Sep. 2009
1. 姫野俵太、栗田大輔、宇根理高、武藤昱 tRNA/mRNAハイブリッドと tRNA/mRNA擬態タンパク質による trans-translation. 日本分子生物学会、神戸、 2010年 12月2. 栗田大輔、武藤昱、姫野俵太 無細胞トランス・トランスレーション系における SmpBの C末端 tailの働き 第 5回無細胞生命科学研究会、岡山、 2010年 9月3. 栗田大輔、宇根理高、武藤昱、姫野俵太 トランス・トランスレーションの初期過程における SmpB C末端 tailの働き 第 12回 RNAミーティング、東京、 2010年 7月4. 竹本千重、 Sean R. Connell、長谷要一、直枝智恵子、王宏飛、上西達也、菊池岳志、平田侑也、栗田大輔、武藤昱、武藤裕、横山茂之、 Paola Fucini、姫野俵太 リボソーム成熟因子 RsgA/YjeQの構造機能解析 第 12回 RNAミーティング、東京、 2010年 7月5. 菊地岳志、平田侑也、栗田大輔、長谷要一、木村天胤、武藤昱、姫野俵太 部位特異的ヒドロキシラジカルプロービングを用いた RsgA とリボソームの相互作用の 解析 第 11回 RNAミーティング、新潟、 2009年 7月
