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寺本 岳大 助教、角田 佳充 教授らの研究グループ(応用生命化学分野・生物物理化学研究室)が、植物のRNA編集酵素の「はたらく姿」を初めて明らかにしました
〜PPR-DYWタンパク質の結晶構造解析から、精密なC→U RNA編集の仕組みを解明〜
ポイント
- 植物のミトコンドリアや葉緑体では、PPR-DYWタンパク質(※1)がRNAの特定のC塩基をU塩基に精密に書き換えるRNA編集(※2)を担っており、この仕組みは植物の生育に不可欠。しかし、その精密な編集がどのような分子機構で行われるかは不明であった。
- PPR-DYWタンパク質が標的RNAと結合した立体構造を世界で初めて決定し、PPRドメインとDYWドメインが連携して狙ったC塩基を正確に編集するメカニズムを解明。
- 本研究は、PPR-DYWタンパク質が持つ高い標的特異性の構造的基盤を初めて示すものであり、狙ったRNA配列を精密に編集できるツールの設計・開発への応用が期待される。
概要
九州大学大学院農学研究院の寺本 岳大 助教、角田 佳充 教授、岡田 あゆみ氏、生物資源環境科学府の漆原 良太氏、青山 玲也氏（当時）らの研究グループ（生物物理化学研究室）は、同農学研究院の中村 崇裕 教授およびエディットフォース株式会社の研究員らとの共同研究で、生物情報学的手法を用いてコンセンサスPPR-DYWタンパク質(※3)を設計し、その構造機能解析を行いました。大型放射光施設SPring-8(※4)(ビームライムBL45XU)を用いたX線結晶構造解析(※5)により、PPR-DYWタンパク質が標的RNAを認識・編集する瞬間の立体構造を世界で初めて明らかにしました。この構造をもとに生化学的解析を組み合わせることで、PPRドメインが狙ったC塩基の上流配列を認識し、２つのドメインが適切な位置関係をとることでDYWドメインが狙ったC塩基を正確にUへと変換するという精密な編集の仕組みを解明しました。
本成果は植物RNA編集の根本的な分子メカニズムの解明にとどまらず、PPR-DYWタンパク質の特性を活かした、狙った1か所のC塩基をU塩基に精密に変換できるRNA編集ツール(※6)の開発基盤を提供するものです。
本研究成果は、英国の科学雑誌「Nature Communications」に2026年４月27日（日本時間）に掲載されました。
参考図
図１.
PPR-DYWと標的RNAの複合体の立体構造
C塩基をU塩基に編集する様子
図２．
(左)PPR-DYWタンパク質が標的RNAに結合した立体構造。 PPRドメインが標的RNAにらせん状に巻き付くようにして結合している。RNAを認識するPPRドメインの繰り返し構造を、N末端側から順に黄色(1〜3番目)、緑色(4〜6番目)、青色(7〜9番目)、水色(10〜12番目)で示した。紫色の領域は、RNA認識領域とDYWドメインを連結するとともに、C末端側からRNAを収容する役割を担う。サーモンピンクの領域が、C塩基をU塩基へと変換する触媒反応を担う「DYWドメイン」である。
(右上)コンセンサスPPR-DYWタンパク質による編集効率測定。大腸菌を用いた評価系において、PPR-DYWタンパク質全長では標的とするC塩基が約90%の効率でU塩基へと変換された一方、DYWドメイン単独では編集活性を示さなかった。PPRドメインによるRNA認識とDYWドメインの触媒反応の連携が、精密な編集に必須であることを示している。
(右下)DYWドメインの活性中心の拡大図。 触媒活性に必須な亜鉛イオン(灰色の球)のすぐ近くに標的C塩基が収まっており、この精密な位置関係によって正確なC→U変換が実現される。
用語解説
※1 PPR-DYWタンパク質
植物に特有のRNA編集酵素。標的RNA配列を読み取るPPRドメインと、C塩基をU塩基へと変換するDYWドメインから構成される。PPR(Pentatricopeptide Repeat)ドメインは、35アミノ酸からなるモチーフの繰り返しからなる構造を持ち、各モチーフがRNA上の1塩基を認識する。DYWドメインはC末端に存在する保存配列「Asp-Tyr-Trp(D-Y-W)」に由来する名称で、亜鉛イオンを活性中心に持つ。モデル植物であるシロイヌナズナでは数百種類が存在し、それぞれが特定の編集部位を担当する。
※2 RNA編集
DNAをRNAに読み出した後、RNA上の特定の塩基を酵素によって別の塩基へと書き換える現象。植物以外にも動物など様々な生物で見られる。
※3 コンセンサスタンパク質
多数の類似タンパク質のアミノ酸配列を比較・統計解析し、各位置で最も頻度の高いアミノ酸を採用して人工的に設計したタンパク質。天然のタンパク質より安定性が高く、結晶化しやすい利点がある。
※4 SPring-8
兵庫県にある世界最高レベルの大型放射光施設。非常に強力なX線を発生させることができ、タンパク質のX線結晶構造解析をはじめ、物質科学から生命科学まで幅広い分野に活用されている。
※5 X線結晶構造解析
タンパク質などの分子を結晶化し、X線を照射することで得られる回折データをもとに、原子レベルの立体構造を決定する手法。
※6 RNA編集ツール
細胞内のRNA配列を狙った位置で書き換える技術。DNAそのものを書き換えるゲノム編集と異なり、RNAレベルで一時的に塩基を変化させるため、遺伝情報を恒久的に改変するリスクを避けられる。「ポストゲノム編集」として近年注目を集めており、遺伝性疾患の治療や農作物の品種改良など、幅広い応用が期待されている。
謝辞
本研究はJSPS科研費 （26K01682, 26KJ1848, 25H01276）の助成の支援を受けたものです。
論文情報
掲載誌：Nature Communications
タイトル：Structural basis of plant organelle C-to-U RNA editing by PPR-DYW proteins
著者名：Takamasa Teramoto*, Ryota Urushihara, Reiya Aoyama, Ayumi Okada, Mizuho Ichinose, Yusuke Yagi, Takahiro Nakamura, Bernard Gutmann, Yoshimitsu Kakuta* *Corresponding authors
DOI：10.1038/s41467-026-72391-y
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