유전 정보를 바르게 읽고 해독하기 위한 신규 제어 기구 해명
KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-09-14
생체를 구성하고 대부분의 생명 현상을 주관하는 단백질은 생명의 본질인 유전 정보에 근거해 합성되고 있다. 그 메커니즘은 전이 RNA(tRNA)로 불리는 한 무리의 분자가 유전 정보인 핵산 배열(DNA)의 정보를 단백질을 구성하는 아미노산으로 변환하는 반응으로 알려져 있다. tRNA는 선구체 tRNA로부터 생성되고 그 후, 다양한 효소가 관계되는 복잡한 성숙 과정을 거쳐, 비로서 기능을 가지게 된다. 성숙화한 tRNA는 L자형의 입체 구조를 가지며, L자의 한쪽 구석에서 유전 정보를 해독해, 다른 한쪽의 구석에서 대응하는 아미노산을 결합시킨다. 그러나, 안정된 L자형 구조를 만들어, 유전 정보를 정확하게 해독하는 tRNA를 생성하는 성숙화 과정이 어떠한 기구로 제어되고 있는지는 알려지지 않았었다.
이에, 일본의 이화학 연구소 생명 분자 시스템 기반 연구부 연구팀과 도쿄 대학 대학원 생물화학 전공의 연구팀은 tRNA의 L자형 구조가 올바르게 구축되고 있는 것을 지켜본 다음, 유전 정보의 해독이 진행하는 제어 기구의 존재를 발견했다.
불완전한 입체 구조를 가지는 tRNA는 유전 정보를 제대로 해독하지 못하고, 잘못한 단백질을 생성하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이번에, tRNA의 성숙화와 관계되는 효소 「aTrm5」라고 tRNA와의 복합체의 입체 구조를 결정하고 그것을 해석했는데, aTrm5는, tRNA에 유전 정보의 해독을 촉진하는 수식을 도입한다고 하는 지금까지 알려진 기능뿐만 아니라, tRNA의 L자형 구조의 완성을 확인하는 기능을 가지는 것을 알게 되었다. 이것은 정확한 유전 정보의 해독을 보장하는 완전히 새로운 제어 기구로, tRNA가 관계되는 질환 메커니즘의 해명에도 공헌할 것으로 기대된다.
본 연구의 성과는 「타겟 단백 연구 프로그램」의 일환으로서 행해진 것으로, 미국의 과학 잡지 「Nature Structural & Molecular Biology」(10월 1일호)에 게재되는데 앞서, 온라인판(9월 13일자)에 게재되었다.
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그림 1) tRNA의 성숙화 프로세스
선구체 tRNA는 여러 가지의 수식의 부가 등에 의해 안정인 L자형 구조를 취하게 된다. 그 구조에서 L자형 한쪽의 말단(안티코돈; anticodon)은 가장 불안정하고, 따라서, 이 부분이 제대로 형성되고 있는 것은 L자형 구조가 완성하고 있는 것의 지표가 된다고 생각된다.
그림 2) aTrm5-tRNA-AdoMet 복합체의 입체 구조
L자형 구조의 tRNA(초록 리본)를 aTrm5가 인식하고 있는 모습이 밝혀졌다. aTrm5는 입체 구조상 3개의 도메인 D1(핑크), D2(파랑), D3(물색)으로 구성되어 있으며, D1와 D2의 사이는 일정한 구조를 취하지 않는 링커(보라색)에 의해 연결되고 있다. 메틸화를 받는 tRNA 부위(안티코돈의 근처정도)를 초록으로, 메틸기의 공여체인 AdoMet를 황색으로 가리켰다.
그림 3 aTrm5에 의한 tRNA의 L자형 구조의 체크 기구
tRNA의 성숙화가 불충분해 L자형으로 되어 있지 않을 단계에서는 aTrm5는 tRNA에 결합할 수가 없다. L자형에 가까운 구조가 형성되어도, 아직 수식이 불충분해 L자형의 모퉁이의 부분이 제대로 형성되어 있지 않을 단계에서는 D1이 tRNA에 결합하지 못하고, 결과적으로 aTrm5 전체가 tRNA에 결합할 수 없다. L자형 구조가 완성해 L자형의 모퉁이의 부분이 제대로 형성되면, D1은 tRNA에 결합할 수 있게 되어 aTrm5와 tRNA와의 친화성이 상승해, 처음으로 aTrm5가 tRNA에 수식을 도입(메틸화)할 수 있다. 즉 aTrm5는 L자형 구조가 완성하고 있는 tRNA에만 수식을 도입하는 제어를 실시하고 있다.
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http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2009/090914/index.html
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