2010年09月17日

細胞:タンパク質をデザインするリボソーム

望ましい性質を持つ新規アミノ酸を化学的に作成しても、細胞に備わる機構を使ってタンパク質へとうまく導入できるのは、これまでほんの一部でした。

また、導入可能な場合ですら、非天然型アミノ酸は 1 回に 1 個しか加えることができませんでした。

理論的には、天然のタンパク質合成系で使われている塩基 3 個からなるトリプレットコドンでなく、塩基 4 個が一組のクアドルプレットコドンを使えば、非天然型アミノ酸を割り当てられる「空白のコドン」を余分に作るゆとりが生じます。

天然のリボソームはクアドルプレットの読み取り効率が非常に悪く、効率を上げるように進化させるとプロテオーム全体を誤読してしまうと考えられています。

今回 J Chin たちは、この問題を解決するため、非天然型 tRNA シンテターゼと tRNA 対を使ってクアドルプレットコドンを効率よく読み取る平行あるいは「直交性」のリボソームを作り、人工的に進化させました。

この系を使えば、遺伝的にコードした「デザイナータンパク質」に、最大 200 種類もの新規アミノ酸を取り込ませることが可能となります。


### database ###
nature 464,317-456 18 March 2010 Issue no.7287
Letter p.441 / Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome / H Neumann et al. ( MRC 分子生物学研究所:英)


変更を加えたアミノ酸を in vivo で遺伝的にプログラムして取り込まさせれば、分子レベルの精度でタンパク質の性質を目的に合わせて変えられます。

メタン生成古細菌 Methanococcus jannaschii のチロシル tRNA シンテターゼ -tRNA_CUA (MjTyrRs-tRNA_CUA) と、同じくメタン生成古細菌 Methanosarcina barkeri のピロリジル tRNA シンテターゼ -tRNA_CUA (MbPylRS-tRNA_CUA)という直交性(ほかのアミノアシル tRNA シンテターゼや tRNA などとは反応しない性質)のシンテターゼ -tRNA 対は、大腸菌のアンバーコドンに対応して、さまざまな非天然型アミノ酸を取り込むように進化しています。

しかし、普遍的な遺伝暗号ではプロテオーム合成のコード化にすべてのトリプレットコドンが使われているため、人工的な遺伝暗号の拡張の可能性には一般に限界があり、 1 回に 1 種類の非天然型アミノ酸が低い効率で取り込まれるだけです。

さまざまな異なる非天然型アミノ酸をタンパク質に効率よく取り込まれるようにコード化するには、対応するアミノ酸の決まっていないブランク(空白状態の)コドンと、非天然型アミノ酸を認識し、新しいコドンを解読する直交性のアミノアシル tRNA シンテターゼ -tRNA 対が必要となります。

今回 Neumann たちは、一連のクアドルプレット(塩基 4 個からなるコドン)とアンバーコドンを効率よく解読できる直交性リボソーム( ribo-Q1 )を人工的に進化させ、これが特異的に翻訳する直交性メッセンジャー RNA 上にいくつかのブランクコドンを作り出しました。

相互に直交性のアミノアシル tRNA シンテターゼ -tRNA 対を作り。これを ribo-Q1 と組み合わせて、直交性 mRNA 上の新しいブランクコドンのうちの 2 個に対応して異なった非天然型アミノ酸を取り込むようにしました。

この暗号を使うことにより、アジドやアルキンを含むアミノ酸のバイオ直交型( bio-orthogonal )付加還化によって、特異的な酸化還元非感受性のナノスケールタンパク質架橋を遺伝的に直接導入しました。

ここで使われたシンテターゼ -tRNA 対は、非常に多数の非天然型アミノ酸を取り込むように既に進化しているので、この方法をとれば、 200 種類以上の非天然型アミノ酸の組み合わせのコード化が可能となります。

ribo-Q1 は一連のクアドルプレットコドンを独立して解読するため、今回の研究は、非天然型高分子の細胞での遺伝コード化による合成や人工的進化を行う基本的な技術を提供すると考えられます。

posted by 梵 at 23:11| Comment(0) | TrackBack(0) | natureのこぼれ話 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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