ブックタイトル日本結晶学会誌Vol56No6

概要

日本結晶学会誌Vol56No6

日本結晶学会誌56，399-404（2014）最近の研究からヌクレオチドを3’末端から5’末端方向へと伸長する酵素の作用原理産業技術総合研究所生物プロセス研究部門合成生物工学研究グループ中村彰良Akiyoshi NAKAMURA: Crystal Structure of tRNA His guanylyltransferase Reveals theStructural Basis of Reverse Nucleotide PolymerizationDuring tRNA maturation tRNA His guanylyltransferase（Thg1）catalyzes the untemplated 3’-5’addition of a G to the tRNA 5’-end. This additional guanylate provides the major identity elementfor histidyl-tRNA synthetase to recognize its cognate tRNA His . Thg1 is a structural homolog ofcanonical 5’-3’polymerases. Here, we report the structures of Candida albicans Thg1 with itssubstrates tRNA, or ATP, or GTP. Two tRNAs bind to the tetrameric enzyme complex, but interactionof three subunits is required for tRNA positioning and catalytic activity. The tRNA substrate entersthe Thg1 active site from the opposite direction compared to canonical 5’-3’polymerases, indicatingthat the directionality of nucleotide polymerization is strongly related to the directionality ofsubstrate access. Structural and biochemical data support a reaction model of Thg1 that catalyzesreverse nucleotide addition.1．はじめに遺伝情報をタンパク質のアミノ酸配列に正確に変換するためには,アミノアシルtRNAが正しい組み合わせで合成されることが必須であり,それを実現しているのが各アミノ酸と対応するtRNAを厳密に識別するアミノアシルtRNA合成酵素（aaRS）である. 1)多くのaaRSは,識別のためにアンチコドン塩基と3’末端付近に位置するディスクリミネータ塩基を利用するが,ヒスチジンのtRNA（tRNA His）は例外である. tRNA Hisには,通常のtRNAよりも5’末端側に1塩基分伸びたグアニン塩基（G-1と呼ぶ）が存在し,このG-1が識別に利用されている. 2,3)真核生物では, tRNA His guanylyltransferase（Thg1）によってG-1が新たに付加される2)-4)（図1）. Thg1によるG-1の付加反応では,1まず基質tRNA Hisのアンチコドン部位を厳密に認識して結合する. 5) 2次にATPを用いてtRNA Hisの5’末端リン酸基をアデニル化し活性化する. 4) 3最後に,アデニル化された5’末端リン酸基にグアニン塩基（G-1）が付加される4)（図1）.このThg1が担うtRNA HisへのG-1塩基付加反応は生体内での正確な遺伝情報の翻訳に必須である.これまでさまざまな生化学実験によりThg1の反応機構が調べられてきたが,興味深いことに, in vitroでtRNA Hisのディスクリミネータ塩基に変異を導入した場合, G以外の塩基を-1位に付加すること,さらに, -2位, -3位へも（す図2ポリメラーゼの塩基伸長方向.（Direction of nucleotideextension by 5’-3’and 3’-5’polymerase.）図1Thg1の反応スキーム.（Reaction scheme of Thg1.）日本結晶学会誌第56巻第6号（2014）399