小型酵素が持つ“二刀流”の進化戦略〜12個の小型酵素が星型を形成し、tRNA前駆体を正確に前後から切断〜

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2025-07-04 九州大学

一部細菌の小型リボヌクレアーゼP(HARP)酵素が、12個集まり星型構造を形成し、tRNA前駆体の5’端と3’端を同時に切断する“二刀流”機能を持つことを初めて解明した。九州大学などの研究チームは、クライオ電子顕微鏡を用いてこの星型構造を解析し、従来は5’端のみの切断に関与するとされていた小型酵素が、構造進化により3’端切断という新機能を獲得したことを明らかにした。これは小型酵素の分子進化戦略を示す成果であり、RNA医療への応用も期待される。

小型酵素が持つ“二刀流”の進化戦略〜12個の小型酵素が星型を形成し、tRNA前駆体を正確に前後から切断〜
図1. HARP12量体(レインボーカラー)とtRNA前駆体(灰色:5分子)複合体の立体構造 (左)上から見た図 (右)側面から見た図

<関連情報>

細菌の最小RNase Pによる転移RNAプロセシングの構造基盤 Structural basis of transfer RNA processing by bacterial minimal RNase P

Takamasa Teramoto,Takeshi Koyasu,Takashi Yokogawa,Naruhiko Adachi,Kouta Mayanagi,Takahiro Nakamura,Toshiya Senda & Yoshimitsu Kakuta
Nature Communications  Published:01 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-60002-1

Abstract

Precursor tRNAs (pre-tRNAs) require nucleolytic removal of 5′-leader and 3′-trailer sequences for maturation, which is essential for proper tRNA function. The endoribonuclease RNase P exists in diverse forms, including RNA- and protein-based RNase P, and removes 5′-leader sequences from pre-tRNAs. Some bacteria and archaea possess a unique minimal protein-based RNase P enzyme, HARP, which forms dodecamers with twelve active sites. Here, we present cryogenic electron microscopy structures of HARP dodecamers complexed with five pre-tRNAs, and we show that HARP oligomerization enables specific recognition of the invariant distance between the acceptor stem 5′-end and the TψC-loop, functioning as a molecular ruler—a feature representing convergent evolution among RNase P enzymes. The HARP dodecamer uses only five active sites for 5′-leader cleavage, while we identify a 3′-trailer cleavage activity in the remaining seven sites. This elucidation reveals how small proteins evolve through oligomerization to adapt a pivotal biological function (5′-leader processing) and acquire a novel function (3′-trailer processing).

生物化学工学
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