大腸菌アミノアシルtRNAファミリーの豊富さと伸長因子Tu-GTPとの親和性との間には負の相関がある

Negative correlation between the abundance of Escherichia coli aminoacyl-tRNA families and their affinities for elongation factor Tu-GTP.

• H Jakubowski

抄録

大腸菌のアミノアシルtRNAの分子数は、730（グルタミニルtRNA）から7900（バリルtRNA）まで、約一桁の差がある。大腸菌アミノアシルtRNAの伸長因子Tu-GTPに対する相対的な親和性も、2.08（グルタミニルtRNA）から0.15（バリルtRNA）まで、約一桁の差がある。大腸菌 5 株中の 20 種類のアミノアシル-tRNA ファミリーすべての発現量と伸長因子 Tu-GTP との親和性との関係を統計学的手法で調べた。その結果、両パラメータ間に負の相関が認められた。相関係数は-0.62～-0.52、有意水準0.01であった。回帰分析により、アミノアシルtRNAファミリーの相対的な存在量(x)と伸長因子Tu-GTPに対する相対的な親和性(y)の関係は次の式で表された：y = 1.25 - 0.25x。解析の結果、細胞内に低コピー数で存在するアミノアシルtRNAファミリーは、より豊富なアミノアシルtRNAファミリーよりも伸長因子Tu-GTPに対する高い親和性を示していることがわかりました。細菌のタンパク質生合成装置は、アミノアシルtRNAが伸長因子Tu-GTPに強固に結合することで、いくつかのアミノアシルtRNAの低コピー数を補うように進化してきました。このことは、伸長因子Tu-GTPが制限された条件下、例えば厳しい応答の間などで、低コピー数のアミノアシルtRNAの十分な供給を保証する可能性があり、伸長因子Tu-GTPがアミノアシルtRNAの翻訳効率を調節しているという考えと一致している。

The number of aminoacyl-tRNA molecules in Escherichia coli cells varies by about one order of magnitude from 730 (glutaminyl-tRNA) to 7900 (valyl-tRNA). Relative affinities of E. coli aminoacyl-tRNA for elongation factor Tu-GTP vary also by about one order of magnitude from 2.08 (glutaminyl-tRNA) to 0.15 (valyl-tRNA). The relationship between the abundance of all 20 aminoacyl-tRNA families in 5 E. coli strains and their affinities for elongation factor Tu-GTP was examined by statistical methods. Negative correlation between the two parameters was found. The correlation coefficient was -0.62 to -0.52 with significance level 0.01. Regression analysis give the following formula for the relation between relative abundance of aminoacyl-tRNA families (x) and their relative affinities for elongation factor Tu-GTP (y): y = 1.25 - 0.25x. The analyses indicate that those aminoacyl-tRNA families that are present in cells in low copy number exhibit higher affinity than the more abundant aminoacyl-tRNA families for elongation factor Tu-GTP. The bacterial protein biosynthetic apparatus evolved in such a way as to compensate for a low copy number of some aminoacyl-tRNAs by tight binding of the aminoacyl-tRNA to elongation factor Tu-GTP. This may assure adequate supply of low copy number aminoacyl-tRNAs under conditions of limitation in elongation factor Tu-GTP, e.g. during stringent response, and is consistent with the idea of elongation factor Tu-GTP modulating translational efficiencies of aminoacyl-tRNAs.