今日の話題
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化学と生物 Vol. 52, No. 5, 2014
tRNA を標的とするリボヌクレアーゼ
tRNA の切断は毒か薬か？
トランスファー RNA（tRNA）は，mRNA上のコド ンで指定されたアミノ酸をリボソームへと運搬する低分 子RNAである．クローバーリーフ状の特徴的な二次構 造をもち，これが折り畳まれてコンパクトなL字型構造 を形成する．このL字構造の両末端に，アミノ酸と結合 するアクセプターステムおよびアンチコドンループが位 置する．アンチコドンループは，tRNAの機能上，極め て重要である反面，外部へ露出しているためヌクレアー ゼによる分解を受けやすい．このtRNAの アキレス 腱 とも言えるアンチコドンループを標的としたリボヌ クレアーゼが見つかってきた．本稿では，これらの紹介 を通して，tRNAを切断することの生物学的意義につい て議論したい．
大腸菌に作用してタンパク質合成を阻害するコリシン E5，コリシンDは，感受性菌の特定のtRNAを標的とす る．コリシンE5は大腸菌のtRNATyr, tRNAHis, tRNAAsn, tRNAAspのアンチコドン一文字目と二文字目の間を特異 的に切断する（1）．一方，コリシンDは，大腸菌がもつ4 種類のtRNAArgをすべてアンチコドンループの3′末端で 切断する（2）（図1）．tRNAを切断する毒素は，酵母の世 界にも存在する．酵母が生産し，ほかの感受性酵母を殺 す因子をキラー毒素と呼ぶ．zymocinは
が，PaTは が生産するキラー毒素で あり，感受性酵母の細胞周期を特異的なフェーズで停止 させる．zymocinは，出芽酵母tRNAGluUUC, tRNALysUUU, tRNAGlnUUGに作用し，特にtRNAGluUUCを最も効率良く 切断する（3）．また，PaTの標的はtRNAGlnUUGである（4）． いずれのキラー毒素も，標的tRNAのアンチコドン一文 字目に存在する修飾塩基mcm5s2U（5‒methoxycarbon- ylmethyl-2‒thiouridine）の3′側を切断する（図1）．出 芽酵母tRNAの一部の前駆体は，アンチコドンループ内 にイントロンをもつ．tRNAイントロンのスプライシン グ反応の後半を担うTrl1pは，イントロンが切りだされ たtRNAの切断末端を修復し，再結合する活性をもつ．
zymocinは，このTrl1pが修復できない部位を巧みに選 択してtRNAを切断すると考えられる（5）．
このユニークなリボヌクレアーゼは，生物毒の外から も発見されている．原核生物には，toxin‒antitoxin sys-
tem（TA system）と呼ばれる遺伝子セットが存在し，
細胞増殖を阻害するtoxin（毒素）と，toxinの特異的イ ン ヒ ビ タ ー で あ るantitoxin（解 毒 剤） を 発 現 す る．
元々は，プラスミドの安定化機構として見つかってきた が，近年，ストレス応答への関与も報告されている．
は広く存在するTA systemであり，toxinである VapCとantitoxinであるVapBを発現する．このうち，
2aお よ び serovar Typhimurium LT12が発現するVapCは，宿主細胞の開 始tRNAであるtRNAfMetを特異的に切断する（6）．切断 部位は，コリシンDと同様アンチコドンループの3′末端 である．また， 遺伝子座をもつ大腸菌が発現する PrrCは，自分自身のtRNALysをアンチコドン一文字目 の5′端 で 切 断 す る（7）（図1）．PrrCは，I型 制 限 修 飾 系 Iの構成因子と結合して不活性だが，感染したT4 ファージの作るStpペプチドにより活性化する．Stpペ プチドは， ＋大腸菌の制限修飾系を阻害することか ら，元々はファージゲノムを分解から守るためのものと 考えられる．こうしてtRNAが切断された大腸菌が 自 殺 することで，ファージの増殖を抑制すると考えられ ている．蛇足ではあるが，T4ファージのほうでは，T4
anticodon loop acceptor stem
図1■tRNA特異的リボヌクレアーゼの切断の様子
左図：tRNAの切断部位（▲）およびイントロンの挿入部位（△）
を示した．アンチコドンループ内の数字はアンチコドンの文字番 号を表す．右図：コリシンE5の活性ドメイン（E5-CRD）と，最 小基質ジヌクレオチドのアナログ（dGpdUp）との共結晶構造に 基づいてtRNAの構造を重ね合せた．コンパクトなE5-CRDがア ンチコドンループを取り巻くようにtRNAと結合する．
今日の話題
282 化学と生物 Vol. 52, No. 5, 2014
ポリヌクレオチドキナーゼとT4 RNAリガーゼを用い て切断されたtRNALysを修復し，感染を続けようとする イタチごっこを繰り広げる．
ところで，tRNA切断は細胞にとってすべて 有害 なのであろうか？ これを考えるうえで重要な実験を紹 介したい．前述のVapCを大腸菌内で異所発現させる と，細胞内のtRNAfMetがほぼすべて切断され，速やか に生育が停止する．面白いことに，切断されたtRNA断 片は分解されずに細胞内に安定してとどまる．これに VapBを共発現すると，切断されたtRNA断片は消失 し，正常なtRNAfMet量が回復して再度増殖を開始す る（6）．このことから，少なくともVapCによるtRNA切 断は静菌的に生育を阻害する．つまり，tRNAの切断が 速やかに細胞死をもたらすとは限らないと言える．これ を踏まえると，前述のPrrCは宿主大腸菌を自殺ではな く 休眠 させて，ファージの感染をやり過ごしている とも考えられる．さらに踏み込めば，tRNA切断は，ス トレス応答の手段であるかもしれない．すでに述べたと おり，TA systemはストレス応答の面から見直されて いるが，実際 を破壊した菌が温度感受性になる 例が報告されている．また，切断によりtRNAfMet量が 減少すると，開始コドンに依存しない翻訳が活性化す る（6）．ACA配列を認識，切断するリボヌクレアーゼ MazFは，MazEとともにTA systemを構成する．MazF は，ス ト レ ス に 応 答 し て 一 部mRNAのSD配 列 を，
ACA配列依存的に切り落とす（leaderless mRNA）．同 時に，16S-rRNAのanti-SD配列を欠失した stress-ribo- some を 作 出 し，こ れ を 用 い てleaderless mRNAに コードされたタンパク質を選択的に翻訳させる（8）．
VapCのtRNAfMet切断も，開始コドン非依存的翻訳によ り，タンパク質の発現パターンを ストレス対応型 に 変化させることが目的かもしれない．こうしてみると，
tRNAを切断するという行為は，増殖の制御やストレス 応答など，実に多彩な可能性を秘めると期待されるが，
その研究は緒についたばかりである．今後，さらなる tRNA特異的リボヌクレアーゼの発見を通して，全容が 解明されることを期待したい．
1） T. Ogawa, K. Tomita, T. Ueda, K. Watanabe, T. Uozumi
& H. Masaki : , 283, 2097 （1999）.
2） K. Tomita, T. Ogawa, T. Uozumi, K. Watanabe & H.
Masaki : , 97, 8278 （2000）.
3） J. Lu, B. Huang, A. Esberg, M. J. O. Johansson & A. S.
Byström : , 11, 1648 （2005）.
4） R. Klassen, J. P. Paluszynski, S. Wemhoff, A. Pfeiffer, J.
Fricke & F. Meinhardt : , 69, 681 （2008）.
5） J. Nandakumar, B. Schwer, R. Schaffrath & S. Shuman : , 31, 278 （2008）.
6） K. S. Winther & K. Gerdes : ,
108, 7403 （2011）.
7） G. Kaufmann : , 25, 70 （2000）.
8） O. Vesper, S. Amitai, M. Belitsky, K. Byrgazov, A. C. Ka- berdina, H. Engelberg-Kulka & I. Moll : , 147, 147
（2011）.
（小川哲弘，東京大学大学院農学生命科学研究科）
プロフィル
小川 哲弘（Tetsuhiro OGAWA）
＜略歴＞2000年東京大学大学院農学生命 科学研究科博士課程中退／同年同大学大 学院農学生命科学研究科助手／2003年博 士（農学）取得（東京大学）／2007年東京 大学大学院農学生命科学研究科助教＜研究 テーマと抱負＞リボヌクレアーゼを介した ストレス適応機構の解明＜趣味＞息子との ボール遊び
