スライド 1

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
タンパク質
mRNA
DNA
tRNA
rRNA
E P
A
Vila-Sanjurjo et al., 2003 PNAS, PDB ID:1PNU, 1PNS
Korostelev et al., 2008 Curr Opin Chem Biol
tmRNA = tRNA + mRNA
・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
Kurita et al., 2011 Journal of Nucleic Acids
Molecular Biology of the Cell, 5th edition
SmpB : tmRNA結合タンパク質
tmRNAが機能する上で必須のタンパク質
E
133
1
P
A
160
Unstructured
SmpB
tmRNA
Dong et al., (2002) EMBO journal
tmRNA/SmpB
トランス・トランスレーションの分子メカニズム
→構造解析
機能解析
SmpB/リボソーム複合体構造解析
Directed hydroxyl radical probing
Primer extension
in vitro trans-translation assay
1.6
1.4
1.4
incorporated Ala (relative)
incorporated Ala (relative)
in vitro trans-translation assay
1.6
1.2
1
0.8
0.6
0.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.2
0
0
wt
no
cys
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
89
35
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
1.6
1.6
1.4
1.4
1.2
1
0.8
0.6
・変異体の活性をin vitroで測定した
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
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
0
39
42
45
48
50
52
55
57
59
60
62
63
64
66
67
・117種類のSmpB変異体を用意し
マッピングを行った
in vitro trans-translation assay
incorporated Ala (relative)
incorporated Ala (relative)
93
Position of Cys
Position of Cysassay
in vitro trans-translation
37
Sites of cleavages from C-tail
69
74
75
76
77
78
79
80
81
83
85
87
Position of Cys
Position of Cys
Kurita et al., 2007 Nucleic Acids Res.
SmpBのN末端はtRNAを分子擬態している
A-site SmpB
P-site SmpB
Kurita et al., 2007 Nucleic Acids Res.
分子擬態とは
tRNA
tRNA/EF-Tu/GTP
EF-G
EF-P
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
tmRNA/SmpB
(部分構造）
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
SmpB
EF-Tu
翻訳因子
アミノアシルtRNA合成酵素
リボソーム
EF-G
翻訳因子
tmRNA
mRNA
tRNA
Asano et al., 2005 Nucleic Acids Res.
SmpBのC末端の役割
1
133
Full length
1-132
160
KKQHDKRS DIKEREWQVD KARIMKNAHR
1-145
KKQHDKRS DIKER
1-153
KKQHDKRS DIKEREWQVD KAR
Kurita et al., 2010 RNA
Konno et al., 2007 RNA
SmpBのC末端の役割
1
133
160
Full length
WQVD
KKQHDKRS DIKERE
KARIMKNAHR
Kurita et al., 2010 RNA
SmpBのC末端の役割
133
160
KKQHDKRS DIKEREWQVD KARIMKNAHR
Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS)
Diffusion time (usec)
2500
2000
1500
wt
1000
147C
500
0
0.1
1
10
100
1000
10000
70S concentration (nM)
Kurita et al., 2010 RNA
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, 2011
2. 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., 2010
3. 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. 2010
4. 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. 2010
5. 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. 2010
2. Kurita D, Muto A, Himeno H. Trans-translation by tmRNA/SmpB. The 3rd International Symposium on Protein Community, Nara, Japan, Sep. 2010
3. Kurita D, Une M, Muto A, Himeno H. Molecular mimicry by tmRNA/SmpB during trans-translation. Ribosomes 2010 meeting, Orvieto, Italy, May, 2010
4. 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. 2010
6. 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. 2010
7. 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

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