２ つ の tRNA/mRNA ハ イ ブ リ ッ ド に よ る ト ラ ン ス ト ラ ン ス レ ー シ ョ ン姫野俵太
弘前大学	  農学生命科学部	  分子生命科学科〒036-8561	  青森県弘前市文京町 3E-mail: himeno@cc.hirosaki-u.ac.jp	  tmRNA は機能分子 tRNA と情報分子 mRNA のハイブリッドである。tRNA と同じように、3’末端にアラニンを結合するが［1］、アンチコドンはないので情報を読みとることはできない。タグペプチドと呼ばれる 10 残基程度のペプチドをコードしているが、通常の（開始コドンから始まる）翻訳はされない。そして、２つの機能は連携してトランストランスレーション、すなわち mRNA上でストップしている翻訳を tmRNA が引き継ぐ形でトランスに翻訳が行われ、その結果 2 本のRNA から１本のキメラペプチドの合成が行われる［2-5］。キメラペプチドの C 末端のタグペプチ
ドはプロテアーゼのシグナルとなっており、トランストランスレーションにより作られたキメラペプチドは細胞内で優先的に分解を受ける。それまでタンパク質合成が停滞する状況は想定されていなかっただけに、トランストランスレーションの発見は「翻訳停滞解消機構」という新たな命題を提起することとなった［5-7］。その後の研究により、トランストランスレーションは翻訳停滞解消機構を基礎として、ストレス応答［8,9］や細胞分化［10］をはじめとした細胞内における様々な生理機能に深く関わっていることが明らかになってきており、新しいタイプの遺伝子発現調節機構を担っているとも考えられるようになってきた［11］。	  250-400 ヌクレオチドからなる tmRNA の両末端付近の二次構造は、tRNA のクローバーリーフ構造の上半分とそっくりであり、しかもそこには3’末端の CCA 配列などの tRNA に保存されている配列や修飾塩基が存在する［1,12］。この構造に挟まれた中央部分には、４個のシュードノット構造に囲まれるようにタグペプチドのコード領域が位置する［13-16］。tRNA の上半分を擬態している構造は、RNase P によるプロセッシング、AlaRS の認識、EF-Tu の結合、そしてリボソームへの結合にとって重要なものとなっている［1,17］。なお、キメラペプチドの最初の Ala 残基は、mRNA にも tmRNA にもコードされておらず、tmRNA にアミノアシル化していた Ala に由来する［18］。	  リボソームへの tmRNA の結合にとってもう一つ重要な因子は、tmRNA 特異的結合タンパク質
SmpB である。翻訳がストップしているリボソー
ムには、tmRNA は SmpB・EF-Tu・GTP と複合体を組んで入り込む［19,20］。SmpB は N 末端側の球状ドメインと C 末端側の unstructured なテイルからなる。球状ドメインが tRNA の下半分と構造が似ていることは以前から指摘されていたが、Directed hydroxyl radical probing の結果、A サ
イトの下半分および P サイトの下半分の合計 2カ所に、tRNA が結合するときと同じような形でSmpB が結合する部位があることが明らかになった［21］。そして unstructured な C 末端テイル
は、リボソーム上の mRNA パスに沿って、A サ
イトの SmpB においては下流方向に extend した

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状態で、P サイトの SmpB においては fold した状態で位置していることが明らかになってきた。	  以上の実験結果をふまえ、SmpB は tRNA の下半分と mRNA を擬態することでトランストランスレーションを行うというモデルを提唱した［21,22］。トランストランスレーションのさいには SmpB は tmRNA と合体しているので、併せてtRNA 全体と mRNA を擬態するということになる。A サイト下流で C 末端テイルが extend していることにより、tmRNA・SmpB が A サイト付
近で mRNA が切断されることにより翻訳がストップしているリボソームを優先的に認識することが可能になる［23,24］。一方、P サイトにおいて SmpB の C 末端テイルが fold していることは、トランスロケーション後に A サイトを空にすることにより tmRNA を mRNA として翻訳が再開できるようにするために必要である。このとき、tmRNA 上の再開位置が決まるのであるが、その決定には、SmpB とリボソームの相互作用を基礎として、そこに tmRNA が関わるメカニズムが示
唆されている［25-28］。なお、tRNA と同じように A/T→A→P→E とリボソーム上を移動することが想定される点において、SmpB はこれまでに提唱されてきた擬態タンパク質とは一線を画す。	  tmRNA と SmpB はすべての細菌にセットで存在することから、トランストランスレーションシステムは細菌進化のごく初期には存在していたものと考えられる。tmRNA が tRNA 遺伝子の中央に何かが入り込むことにより生じたであろうことは容易に想像できる。そして、過度にアミノアシルアクセプターステムに偏った AlaRS の認識から考えて、入り込む先の tRNA 遺伝子としてtRNAAla 遺伝子が最も相応しかったことも納得できる。tmRNA を認識しなければならないという責任を背負ってしまったが為に AlaRS はアンチコドンを認識しないように進化せざるを得なかった、というストーリーもまた大いにありそうに思える［18］。いずれにしても、４個のシュードノットとタグペプチドコード領域を含む tmRNAの中央部分の構造については、他に類似のものは報告されておらず、その由来を想像することはできない。また、SmpB に類似の配列を持ったタンパク質の報告はなく、その由来もまた謎である。
翻訳システムがまだ未熟であった生物進化の初期の頃、はたして tmRNA のようなハイブリッド分子が今以上に跋扈していた世界は存在したのであろうか？
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