2010/8/23

核酸のように振る舞うタンパク質を明らかに

- 翻訳因子EF-Pが転移RNAと同じ反応でアミノ酸を受け取ることを発見 -

発表者

  • 横山　茂之（理研生命分子システム基盤研究領域　領域長、 東京大学大学院理学系研究科構造生物学社会連携講座 兼任教授）
  • 柳沢　達男（独立行政法人理化学研究所 研究員）
  • 澄田　智美（独立行政法人理化学研究所 特別研究員）

概要

独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）と国立大学法人東京大学（濱田純一総長）は、遺伝情報の翻訳過程で必須の役割を果たす翻訳因子EF-Pと、機能不明であった酵素GenXとの複合体の立体構造解析に成功し、EF-PがGenXによりアミノ酸を受け取ることを発見しました。 これにより、タンパク質であるEF-Pが、核酸である転移RNA（tRNA）（注1）と、形だけでなく、その反応までもが酷似していることを初めて明らかにすることができました。 また、GenXによるEF-Pへのアミノ酸の受け渡しが、大腸菌など真正細菌（注2）の増殖に必須であることも見いだしました。 これは、理研生命分子システム基盤研究領域の横山茂之領域長（東京大学大学院理学系研究科 構造生物学社会連携講座兼任教授）、柳沢達男研究員、澄田智美特別研究員らの研究チームによる成果です。

生物の遺伝情報から正しいタンパク質を作るためには、遺伝暗号に従って必要なアミノ酸と結合したtRNAを選び出し、正確にアミノ酸をつなげていく必要があります。 この過程は「翻訳」と呼ばれ、さまざまなアミノアシルtRNA合成酵素（aaRS）（注3）や翻訳因子と呼ばれるタンパク質群が機能しています。 研究チームはこれまでに、翻訳開始などで働く翻訳因子EF-Pの形がtRNAとよく似ていることなどを明らかにしてきました。 今回、EF-PとGenX（aaRSと遠縁にあたる機能不明タンパク質）との複合体の結晶化と立体構造の解明に成功し、その立体構造がtRNA・aaRS複合体の構造と酷似していることを見いだしました。 この発見に基づき、EF-PはtRNAと酷似した反応によってアミノ酸を受け取ることを解明しました。 核酸とタンパク質という、まったく異なる分子でありながら、その形とともに、反応までも酷似していることを解明した例は初めてで、これは、異なる生物が進化して同じような形態と生活様式を獲得する現象「収斂（しゅうれん）進化」を類推させます。 また、GenXによるEF-Pへのアミノ酸の受け渡しが、大腸菌の増殖に必須であることも見いだしました。 GenXは、大腸菌やサルモネラ菌など真正細菌だけに存在し、ヒトなどの真核生物（注2）は持っていないことなどから、GenXが病原菌や薬剤耐性菌に対する副作用の無い新規抗菌薬開発の有望なターゲットになると期待されます。

本研究成果は「ターゲットタンパク研究プログラム」の一環として行われたもので、米国の科学雑誌「Nature Structural & Molecular Biology 」オンライン版（8月22日付け、日本時間8月23日）に掲載されます。

詳細について理化学研究所のホームページをご覧ください。

用語解説

注1　転移RNA（tRNA）
転移リボ核酸の略号。翻訳の過程でmRNAの塩基配列であるアデニン (A)、グアニン 　(G)、シトシン (C)、ウラシル (U)は、3つが組（コドン）となって1つのアミノ酸がコードされている。 DNAの塩基配列であるアデニン (A)、グアニン (G)、シトシン (C)、チミン (T)　の情報とアミノ酸を対応付けるアダプター分子がtRNAである。 tRNAはそれぞれの対応するアミノ酸を末端のA76リボースに結合したのちリボソームに運ばれる。 mRNA上のコドンに従って運び込まれたアミノ酸がリボソーム上で結合しタンパク質が合成される。　↑
注2　真正細菌、真核生物
すべての生物は真核生物、古細菌、真正細菌の3つのグループに分類される。 真核生物の特徴は細胞内に核を持ち、細胞のそれ以外の部分からは膜で仕切られていることである。 核の中には遺伝情報が書き込まれたDNAが収められている。 真正細菌とはいわゆる細菌（バクテリア）のことで大腸菌、サルモネラ菌、腸炎ビブリオ菌、コレラ菌、赤痢菌などを含む。 真核生物と比較すると核を持たない非常に簡単な構造で、地球上のあらゆる環境に生息しており、その代謝系は多種多様である。　↑
注3　アミノアシルtRNA合成酵素 (aaRS)、アミノアシル化
タンパク質を構成するアミノ酸は主に20種類存在する。 20種類のアミノ酸のそれぞれに対してアミノアシルtRNA合成酵素が20種類存在し（アスパラギン酸に対応するAspRS、リシンに対応するLysRSなど）、ATPのエネルギーを利用して特定のアミノ酸を活性化したのち特定のtRNAのCCA末端に付加する（アミノアシル化）。
aaRS + アミノ酸＋ATP + tRNA → aaRS・(アミノアシルAMP) + tRNA →アミノアシルtRNA + aaRS　↑