広報活動

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2010年8月13日

独立行政法人 理化学研究所
国立大学法人 東京大学大学院理学系研究科

生物に必須な元素「セレン」をタンパク質に正しく取り込む仕組みを解明

-21番目のアミノ酸と注目される「セレノシステイン」の生合成過程が鍵-

tRNASecの特徴的なDアームとPSTKのC末端ドメインの相互作用

セレン(Se)は土壌に微量に含まれる元素で、セレンが欠乏している地域の土壌改良材や、ガラスの着色剤、メッキ処理剤の原料など、工業的に広く利用されています。セレンという名前はギリシア神話の月の女神に由来していますが、そのイメージとは対照的に高い反応性を持ち有毒です。しかし、セレンは、私たち人間から細菌にいたるまで、多くの生物に微量元素として不可欠で、その欠乏とがんや高血圧などの疾病との関連が指摘されています。生物は進化の過程で巧妙な工夫を施し、有毒なSeを安全な形で取り込み、その高い反応性を活性酸素に対する防御などのために有効に利用しているのです。一般にタンパク質は20種のアミノ酸から構成されていますが、Seを取り込んだセレノシステイン(Sec)は「21番目のアミノ酸」として知られ、20種のアミノ酸と同じように遺伝暗号に従って正確にタンパク質に取り込まれます。その結果、このSeを含んだタンパク質は、抗酸化作用などを持つ酵素として機能を発揮しています。

生命分子システム基盤研究領域は東京大学と協力し、このSecの生合成に欠かせないリン酸化酵素(PSTK)と、Secだけを運搬する転移RNA(tRNASec)の複合体の結晶構造解析に成功し、PSTKが選択的にtRNASecを認識し、Seを取り込む仕組みを明らかにしました。tRNASecは標準的なtRNAの構造と大きく異なっており、特に、中央部を占めるDアームと呼ぶ部分が特徴的な構造をしていました。PSTKのC末端ドメインは、この固有なDアームを足場に強力に結合し、Secの合成に必要なリン酸化を触媒します。ほかのtRNAは、このDアームと適合しないためPSTKに認識されず、 Secが不適切なタンパク質へ取り込まれることはありません。今後、有用な機能を持った天然、あるいは非天然のアミノ酸を組み込んだ機能性タンパク質などの創製を通して、新しいタンパク質医薬などの開発に貢献すると期待されます。

本研究の成果は、「Molecular Cell」(8月13日号)の表紙を飾ることになりました。

理化学研究所
生命分子システム基盤研究領域
領域長 横山 茂之(よこやま しげゆき)
Tel: 045-503-9196 / Fax: 045-503-9195