ヒト細胞質tRNAHis特異的5'-モノメチルリン酸キャッピング酵素の結晶構造

Crystal structure of human cytoplasmic tRNAHis-specific 5'-monomethylphosphate capping enzyme.

• Yining Liu
• Anna Martinez
• Seisuke Yamashita
• Kozo Tomita

抄録

BCDIN3 ドメイン含有 RNA メチルトランスフェラーゼ BCDIN3D は、S-アデノシル-l-メチオニン（SAM）をメチル基ドナーとして用いて、8 ヌクレオチド長のアクセプターヘリックスの先頭に G-1:A73 のミスペアを持つ細胞質 tRNAHis の 5'-一リン酸をモノメチル化する。ヒトでは、BCDIN3Dの過剰発現は乳癌の腫瘍性表現型や予後不良と関連している。ここでは、ヒトBCDIN3DとS-アデノシル-l-ホモシステインとの複合体の結晶構造を発表します。BCDIN3Dは古典的なロスマンフォールド型メチル化酵素構造を採用している。7SK RNAの5'-γ-リン酸をモノメチル化するメチルリン酸キャッピング酵素であるMePCEの構造と比較した結果、SAMからtRNAHisの5'-モノリン酸へのモノメチル転移とBCDIN3DによるtRNAHisの認識に重要な残基が明らかになった。また、tRNAHisのBCDIN3Dへのドッキングの構造モデルから、BCDIN3DとMePCEとの間で異なる活性を示す分子機構が示唆された。BCDIN3Dのループは、MePCEのRNAの5'末端を認識するためのαヘリックスを形成する領域に比べて短く、tRNAHisのG-1:A73のミスペアにより、BCDIN3DのN末端αヘリックスがtRNAHisのG-1:A73のミスペアにくさびをつけることが可能となった。その結果、tRNAHisのG-1の5'-一リン酸は、5'-リン酸メチル化のための触媒ポケットの奥深くにある。このように、BCDIN3Dは、tRNAHisを他のtRNA種から識別するtRNAHis特異的な5'-モノメチルリン酸キャッピング酵素であり、本研究で示された構造情報はまた、乳がんに対する薬剤開発のための分子基盤を提供する。

BCDIN3 domain containing RNA methyltransferase, BCDIN3D, monomethylates the 5'-monophosphate of cytoplasmic tRNAHis with a G-1:A73 mispair at the top of an eight-nucleotide-long acceptor helix, using S-adenosyl-l-methionine (SAM) as a methyl group donor. In humans, BCDIN3D overexpression is associated with the tumorigenic phenotype and poor prognosis in breast cancer. Here, we present the crystal structure of human BCDIN3D complexed with S-adenosyl-l-homocysteine. BCDIN3D adopts a classical Rossmann-fold methyltransferase structure. A comparison of the structure with that of the closely related methylphosphate capping enzyme, MePCE, which monomethylates the 5'-γ-phosphate of 7SK RNA, revealed the important residues for monomethyl transfer from SAM onto the 5'-monophosphate of tRNAHis and for tRNAHis recognition by BCDIN3D. A structural model of tRNAHis docking onto BCDIN3D suggested the molecular mechanism underlying the different activities between BCDIN3D and MePCE. A loop in BCDIN3D is shorter, as compared to the corresponding region that forms an α-helix to recognize the 5'-end of RNA in MePCE, and the G-1:A73 mispair in tRNAHis allows the N-terminal α-helix of BCDIN3D to wedge the G-1:A73 mispair of tRNAHis. As a result, the 5'-monophosphate of G-1 of tRNAHis is deep in the catalytic pocket for 5'-phosphate methylation. Thus, BCDIN3D is a tRNAHis-specific 5'-monomethylphosphate capping enzyme that discriminates tRNAHis from other tRNA species, and the structural information presented in this study also provides the molecular basis for the development of drugs against breast cancers.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.