独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究部主任镰形洋一]酶开发研究组研究组组长宫崎健太郎等人负责根据体内遗传信息合成蛋白质的“翻译”功能核糖体是一种RNA降解酶核糖核酸酶（RNase）的活性的能力
核糖体的作用是将DNA转录为RNA的遗传信息“翻译”成蛋白质。另一方面，RNase T2是一种降解RNA的酶，参与阻断细胞外RNA的侵入和营养物质的摄取。在大肠杆菌中，RNase T2 位于细胞内膜之外周质层，从细胞内RNA中分离出来，但在培养稳定期或应激下，RNase T2可能流入细胞并降解其自身的RNA。因此，细胞内需要一种保护 RNA 免受 RNase T2 侵害的机制，但这种机制尚不清楚。
人们早就知道，当从大肠杆菌中纯化 RNase T2 时，它会以与核糖体结合的无活性形式被分离出来。然而，复合物形成的生理意义、其与翻译功能的关系以及相互作用的模式仍不清楚。这次，我们是16S rRNA的突变分析，我们发现相互作用/抑制决定位点存在于30S核糖体亚基的16S rRNA中，并且与RNase T2的结合可以防止细胞内自身RNA的降解。
该结果发表于2011年11月23日（日本时间）自然通讯在杂志上在线发表。
 |
图1 核糖体30S亚基三维结构
绿色部分是16S rRNA，红色部分是16S rRNA的helix41区域，与RNase T2相互作用。白色部分是核糖体蛋白
|
核糖体是存在于所有生物中的细胞器，负责“翻译”的重要生物学功能。虽然核糖体功能在许多生物体中很常见，但细菌和人类具有不同的核糖体结构，因此对细菌核糖体具有选择性的抑制剂有可能成为人类传染病的低毒性治疗方法。预期此类治疗剂的开发。此类抑制剂的开发需要对核糖体功能进行详细分析。
AIST 对微生物进行广泛的研究，包括寻找和使用新微生物及其含有的有用酶。最近，他以大肠杆菌为平台，通过核糖体的分析和修饰，推进对细胞功能的理解和利用。
当大肠杆菌RNase T2被纯化时，它以与核糖体结合的形式被分离出来，这似乎与RNase T2的生理作用无关。然而，详细的分子机制，例如引起核糖体和RNase T2结合的相互作用的生理意义以及RNase T2的抑制模式仍不清楚。作为核糖体功能分析的一部分，我们现在已经阐明了 RNase T2-核糖体相互作用的实际状态，该相互作用多年来一直未得到解决。
为了阐明RNase T2与核糖体形成复合物的机制和生理意义，我们尝试分析大肠杆菌核糖体突变体。首先，他们用来自外来生物体的 16S rRNA 基因替换了大肠杆菌的 16S rRNA。由于 16S rRNA 形成核糖体 30S 亚基的中心骨架，因此这种突变被认为会扩散到整个核糖体。此外，16S rRNA 是必需基因，显着突变可能导致功能下降和细胞死亡。来自各种微生物的16S rRNA基因克隆当用大肠杆菌的16S rRNA基因替换16S rRNA基因时，发现即使用来自进化谱系与大肠杆菌的16S rRNA基因有很大不同的微生物的16S rRNA替换16S rRNA基因，大肠杆菌仍然可以生长，大肠杆菌的16S rRNA基因只有约80%的序列同源性。当更详细地观察这些大肠杆菌突变菌株的生长时，发现它们在稳定期更容易死亡。此外，在稳定期提取细胞内RNA时，证实RNA在含有RNase T2抑制位点突变的大肠杆菌（KT103/Rpi）中被降解（图2中的泳道2）。
 |
图2 以细胞内RNA降解为指标评估RNase T2抑制活性
车道 1 (KT103/Eco)、车道 2 (KT103/Rpi)、车道 3 (KT103rna-/Rpi)。泳道 2 (KT103/Rpi) 显示 RNA 降解（无 23S rRNA 和 16S rRNA 带）。
|
接下来，为了限制参与RNase T2活性抑制的区域，我们合成了来自大肠杆菌的16S rRNA和异源16S rRNA的嵌合体（图3），并检查了RNase T2活性的抑制情况。将外源生物体16S rRNA中名为helix41的区域（图1中红色所示的二级结构形成区域）替换为大肠杆菌16S rRNA的马赛克状16S rRNA显示出抑制活性，表明helix41区域在抑制RNase T2活性中发挥着至关重要的作用。体外结合和抑制实验表明，helix41 介导的相互作用对 RNase T2 具有特异性，并且活性抑制是由直接结合引起的。
 |
图3 大肠杆菌和外源生物16S rRNA嵌合基因的合成
1：大肠杆菌的16S rRNA基因，2：来自不同物种的16S rRNA基因，3：1和2的16S rRNA基因的嵌合体 |
RNase T2是一种在阻止外来RNA进入细胞中发挥重要作用的蛋白质，但如果在培养稳定期或应激条件下细胞内膜松动或受损，则存在进入细胞并降解细胞自身RNA的风险。因此，细胞中丰富的核糖体被解释为具有抑制活性，并作为保护自身RNA的机制。 RNase T2和核糖体都是有着古老起源的生物分子，人们认为RNase T2和helix41作为毒素-抗毒素（毒素-抗毒素）关系共同进化。除了作为翻译装置的功能外，核糖体可能自古以来就带有这种非翻译功能。
通过发现核糖体的新作用（以前被认为是从遗传信息合成蛋白质的“翻译机器”），人们已经清楚核糖体可能具有其他隐藏的重要生理功能。未来，我们希望通过继续分析核糖体的功能，阐明这些未知功能的存在与否，并探索应用于感染性疾病低毒治疗剂的可能性。