理化学研究所、タンパク質生合成の最初の瞬間を捉えることに成功
タンパク質生合成の最初の瞬間を捉えることに成功
－ リボソームとシャイン・ダルガーノ（ＳＤ）配列の超分子複合体 －
◇ポイント◇
・ リボソームがＳＤ配列を認識する機構をＸ線結晶構造解析により分子レベルで解明
・ ｍＲＮＡはＳＤ配列を介してリボソームに結合した後に３’側（後方）へと移動
・ タンパク質生合成の開始制御にｍＲＮＡの２状態の平衡が重要な役割を果たす
独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）とドイツのマックスプランク研究所（ペーター・グルース会長：Ｐｒｅｓｉｄｅｎｔ Ｄｒ． Ｐｅｔｅｒ Ｇｒｕｓｓ）は共同で、タンパク質生合成の鋳型となるメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）が持つ「シャイン・ダルガーノ（ＳＤ）配列」が、原核生物（※１）リボソーム（※２）の３０Ｓサブユニット（※３）と超分子複合体を形成した状態を捉えることに成功し、これまで知られていなかった結合部位と結合様式を解明しました。これは理研ゲノム科学総合研究センター（榊佳之センター長）タンパク質構造・機能研究グループの横山茂之プロジェクトディレクター、竹本千重上級研究員、上西達也リサーチアソシエイトとマックスプランク研究所のパオラ・フッチーニ（Ｄｒ． Ｐａｏｌａ Ｆｕｃｉｎｉ）のグループによる研究成果です。
１９７４年にオーストラリアのＪ・シャイン（Ｊ． Ｓｈｉｎｅ）とＬ・ダルガーノ（Ｌ． Ｄａｌｇａｒｎｏ）は、バクテリオファージ（※４）のｍＲＮＡが開始コドン（※５）の上流にプリン（※６）に富んだ共通の配列を持つことを見出しました。さらに、リボソームの３０Ｓサブユニットの主成分である１６Ｓ リボソームＲＮＡ（ｒＲＮＡ）が、３’末端に相補的な配列を持つことから、両者が塩基対を形成することにより、ｍＲＮＡを鋳型としたタンパク質の生合成が促進される、という仮説を提唱しました。この仮説は後に証明され、分子生物学の根幹をなす概念の１つとして広く知られてきました。また、これらの配列は発見者の名前から、ｍＲＮＡ側がシャイン・ダルガーノ（Ｓｈｉｎｅ－Ｄａｌｇａｒｎｏ、略してＳＤ）配列、１６Ｓ ｒＲＮＡ側がアンチ・シャイン・ダルガーノ（ａｎｔｉ－Ｓｈｉｎｅ－Ｄａｌｇａｒｎｏ、略してａｎｔｉ－ＳＤ）配列と呼ばれています。しかし、実際にどこでどのようにＳＤ配列がａｎｔｉ－ＳＤ配列と相互作用し、３０Ｓサブユニットに認識されるのかは不明でした。
今回、３０ＳサブユニットにＳＤ配列が結合した超分子複合体の結晶構造を３．３Ａ（オングストローム）の高分解能（※７）で決定したところ、互いに相補的なＳＤ配列とａｎｔｉ－ＳＤ配列が２重らせん構造（ＳＤへリックス）を形成し、研究グループが「ｃｈａｍｂｅｒ」と名付けたくぼみにすっぽりとはまり込んでいました。またその認識には、１６Ｓ ｒＲＮＡの特定のヌクレオチド残基や２重らせん構造が寄与していました。さらに、これまでに報告されている実験の結果も考慮すると、ｍＲＮＡはＳＤ配列を介して３０Ｓサブユニットに結合した後、開始コドンを含む下流の領域が引き続き３０Ｓサブユニットに結合するのに伴って、３’側（後方）に移動する、と解釈できました。またこの際には、ｃｈａｍｂｅｒ内に収まったＳＤへリックスがその外に出る必要があることから、ｍＲＮＡがこれらの２状態の平衡で存在し、タンパク質生合成の開始段階の制御に重要な役割を果たしていることを初めて提唱しました。
本研究成果は、わが国で推進している「タンパク３０００プロジェクト」の一環として行われたもので、米国の学術雑誌『Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ』３月号の表紙を飾ります。
＊ 関連資料「別紙１」参照
１． 背 景
２． 研究手法と成果
３． 今後の展開
＜補足説明＞
（※１） 原核生物
生物の分類のひとつであり、細胞に核を持たない原核細胞からなる生物を指す。
（※２） リボソーム
細胞内に存在するタンパク質合成を担う超分子複合体で、リボソームＲＮＡとリボソームタンパク質からなる。
（※３） ３０Ｓサブユニット
原核細胞のリボソームは、沈降係数（大きさの指標）から５０Ｓおよび３０Ｓと呼ばれる大小２つのサブユニットから構成されている。
（※４） バクテリオファージ
ウイルスのうち、細菌に感染するもの。
（※５） 開始コドン
ｍＲＮＡのコドン（３文字の塩基配列）のうち、タンパク質合成の開始を指定するもので、メチオニンに対応するＡＵＧが使われることが多い。
（※６） プリン
ＤＮＡやＲＮＡを構成するヌクレオチド（残基）のうち、アデニンやグアニンの塩基を総じてプリンと呼ぶ。
（※７） 高分解能
Ａ（オングストローム：１×１０－１０メートル（＝０．１ナノメートル））の単位を用いて表し、この数字が小さいほど分解能が高く、より精度の高い高解像度であることを示す。
（※８） ＳＢＤＤ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ Ｄｒｕｇ Ｄｅｓｉｇｎ（立体構造情報に基づく薬剤設計）の略。ある疾病関連タンパク質が特定された場合、その立体構造から引き出される情報を利用することにより、合理的な薬剤設計を行うことを可能にする。ＰＣクラスター等の大規模計算機システムとの組み合わせにより、短期間・低コストでの創薬が可能になる。