東京大学,科学技術振興機構（JST）,産業技術総合研究所,理化学研究所,東北大学

2025（令和7）年12月12日

東京大学
科学技術振興機構（JST）
産業技術総合研究所
理化学研究所
東北大学

低酸素環境においてRNAの骨格がメチル化される

～立体選択的なRNAの修飾がリボソームを活性化する～

ポイント

東京大学 大学院工学系研究科の石黒 健介 特任助教、鈴木 勉 教授らの研究グループは、大腸菌リボソームのペプチド転移反応活性中心（PTC）に、嫌気環境で特異的に導入される新たなRNAメチル化修飾を発見し、その生合成機構と嫌気環境への適応に果たす生理学的役割を明らかにしました。

リボソームはたんぱく質合成（翻訳）を担う巨大複合体で、リボソームRNA（rRNA）とたんぱく質から構成されます。従来、リボソームは一定の組成と構造を持つと考えられてきましたが、近年、環境に応じてリボソームの構成要素の組成が変化し翻訳を最適化する「Specializedリボソーム」という概念が注目されています。研究グループは、通性嫌気性菌である大腸菌が嫌気環境に適応する際、rRNA修飾を介したリボソームの機能変化が生じる可能性に着目しました。

嫌気条件で培養した大腸菌のrRNAをRNA質量分析法で解析したところ、PTCの2501位に存在する5-ヒドロキシシチジン（ho5C2501）の修飾率が上昇するとともに、2449位および2498位に新たなメチル化修飾が導入されることが分かりました。NMR解析により、これらの修飾はRNAの糖リン酸骨格に立体選択的にメチル基が導入される報告前例のない化学構造を持つことが明らかとなり、それぞれのメチル化修飾を5′(S)-メチルジヒドロウリジン（D5Sm2449）、2′-O-5′(S)-ジメチルシチジン（Cm5Sm2498）と命名しました。

また、生化学的解析およびクライオ電子顕微鏡による構造解析により、これら3種類の修飾がPTCを安定化し、リボソームのたんぱく質合成活性を向上させることが示されました。さらに、これら3種類の修飾は嫌気環境下での生育維持に必須であることも明らかになりました。

これらの成果は、rRNA修飾によりリボソームの多様性が確保され、多様な外部環境への適応が可能になることを示す重要な知見です。さらに、これら3つのrRNA修飾の導入によってリボソームの翻訳活性が約2倍に向上することから、生命工学分野における応用も期待されます。

本研究成果は、2025年12月11日（日本時間）付で、「Molecular Cell」に掲載されました。

本研究は、日本学術振興会（JSPS） 科学研究費助成事業 基盤研究（S）「RNAエピジェネティックスと高次生命現象」（代表：鈴木 勉、JP26220205）、基盤研究（S）「RNA修飾の変動と生命現象」（代表：鈴木 勉、JP18H05272）、新学術領域研究 研究領域提案型「ncRNAのケミカルタクソノミ」（代表：鈴木 勉、JP26113003）、基盤研究（B）「tRNA硫黄修飾塩基の生合成・分解系の多様性とその分子基盤」（代表：鴫 直樹、JP21H02436）、特別研究員奨励費「リボソーマルRNA修飾を介した環境応答的な翻訳制御機構の解明」（代表：石黒 健介、JP20J00947）、および科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 ERATO「鈴木RNA修飾生命機能プロジェクト」（研究総括：鈴木 勉、JPMJER2002）などの支援を受けて実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Hypoxia-induced ribosomal RNA modifications in the peptidyl-transferase center contribute to anaerobic growth of bacteria”
DOI：10.1016/j.molcel.2025.11.018

＜お問い合わせ＞

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