ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No4

概要

日本結晶学会誌Vol57No4

日本結晶学会誌57，245-249（2015）最近の研究からシステイニルtRNAを合成するトランスサルファソームの分子基盤北海道大学大学院先端生命科学研究院姚閔，中澤祐人Min YAO and Yuto NAKAZAWA: Molecular Base of Transsulfursome for Cys-tRNA CysSynthesis in Indirect PathwayWhile aminoacyl-tRNAs are synthesized by aminoacyl-tRNA synthetase（aaRS）, manymethanogenic archaea lack Cys-tRNA synthetase, and Cys-tRNA Cys is synthesized through indirectpathway. It has been known that two enzymes are required in such indirect pathway. PhosphoseryltRNAsynthetase（SepRS）attaches phosphoserine（Sep）to tRNA Cys to form Sep-tRNA Cys which issubsequently converted to Cys-tRNA Cys by Sep-tRNA：Cys-tRNA synthase（SepCysS）. However,the catalytic efficiency of SepRS and SepCysS in vitro is very low, indicating the existence ofunknown components. Here we present a translation factor SepCysE, essential for methanococcalCys-tRNA Cys synthesis, and report a crystal structure of SepCysE in complex with SepCysS. Based onthe structure, mutational analysis was carried out. Taken all results together, we propose that the CystRNACys synthesis is performed without release of the intermediate by a multienzyme complex namedtranssulfursome.1．背景リボソーム上でタンパク質が合成される際には，アミノアシルtRNA（aa-tRNA）がmRNAのコドンに対応するアミノ酸（aa）をリボソームに受け渡す．1）したがって，タンパク質が正確に合成されるためには，アミノアシルtRNAがアミノアシルtRNA合成酵素（aaRS）により正しく合成される必要がある．2），3）一般に，生体内には20種のアミノ酸に対応した20種のaaRSが存在しており，それぞれのaaRSがそれぞれのtRNAに対応するアミノ酸を正確に付加する（直接合成経路）．一方，生物によっては，何らかの理由で，aaRSを利用した直接合成経路ではなく，複数の酵素を用いた2段階の反応経路（間接合成経路）で，アミノアシルtRNAが合成されることがある．古細菌におけるCys-tRNA Cysの合成はその一例である（図1）．1.1 Cys-tRNA Cysの合成Cys-tRNA Cysは，通常，aaRSの1つであるCysRS（CystRNACys synthetase）によって，tRNA Cysに対してCysが付加される直接反応経路を経て合成される（図1上）．しかし，一部の古細菌は生体内にCys合成酵素が存在しないため，遊離状態のCysを有しておらず，CysRSも存在しない．そのため，これらの生物ではCysRSを用いた直接合成経路ではなく，2個の酵素を用いた2段階の反応経路（間接合成経路）が用いられる（図1下）．4），5）この経路では，1まずPhosphoseryl-tRNA synthetase（SepRS）がtRNA Cysにリン酸化されたセリン（Sep）を付加し，ミス日本結晶学会誌第57巻第4号（2015）チャージした中間体Sep-tRNA Cysが生成される．2次に酵素SepCysS（Sep-tRNA：Cys-tRNA synthetase）が中間体Sep-tRNA CysのSepを正しいアミノ酸であるCysに変換する．この反応はPLP依存的であり，Sドナーから硫黄を引き受け，SerのOγをSγに置換する．このように，2個の酵素SepRS，SepCysSが働くことによって，CystRNACysが合成され，タンパク質合成，および遊離Cysの生産に利用される．4）SepRSはクラスIIのaaRSであり，Methanocaldococcusmaripaludis由来のSepRS（PDBID：2ODR），Archaeoglobusfulgidus由来のSepRS-tRNA複合体（PDBID：2DU3）の構造が解析されている．6），7）この酵素は3つのドメイン：ATPを用いたSepを付加する触媒ドメイン，tRNAのanti-図1 Cys-tRNA Cysの合成．（Cys-tRNA Cys synthesis.）aaRSによる直接合成経路（上）と2個の酵素による間接合成経路（下）．245