| Project Area | Parametric biology based on translation rate regulatory mechanism |
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| Project/Area Number |
20H05785
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Harada Yoshie 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10202269)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡部 弘基 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (20455398)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥38,090,000 (Direct Cost: ¥29,300,000、Indirect Cost: ¥8,790,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2020: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
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| Keywords | パラメトリック / 細胞内温度計測 / 細胞内局所加熱 / 翻訳速度 / 翻訳 |
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| Outline of Research at the Start |
翻訳速度は一定ではなく、ダイナミックに変動し複雑な遺伝子発現を可能としている。しかし、パラメトリックな翻訳を駆動する物理化学機構は不明である。先行研究で発見した細胞内局所に時空間的な温度変動があること、さらに翻訳は細胞内エネルギーの約50%を費やすことから、本研究では、翻訳速度に与える物理化学的機構として細胞内温度に着目する。独自の細胞内局所温度の計測法や局所温度操作法を用いて、mRNAの一分子イメージングにより記述する翻訳複合体の状態、翻訳装置の生化学的状態や特定遺伝子の翻訳速度、神経機能を担う局所翻訳に与える温度シグナリングの影響を詳細に解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
The mechanisms that regulate translation rate locally in the cell are unknown. Since translation is the largest intracellular energy-consuming reaction, this study focused on intracellular temperature as a physicochemical mechanism that affects translation rate and examined the involvement of localized intracellular heat generation and temperature heterogeneity as driving forces for parametric translation rate regulation locally within the cell. Using fluorescent polymer temperature sensors to measure intracellular temperature, we investigated the effect of translation on intracellular temperature in detail and found that intracellular temperature is closely related to translation. We also found that transcription and translation are exothermic during neuronal differentiation, which is accompanied by major changes in gene expression, and that heating promotes differentiation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
翻訳速度変化は注目を集めているにも関わらず、その物理化学機構は一切不明であった。これに対し、本研究では細胞内温度変化という独自の技術と発見に基づいた視点でその謎に挑戦した。学術的創造性 翻訳速度と細胞内温度変動の関連を解明することは、細胞微小空間における温度変化が細胞機能に貢献する「温度シグナリング」の作用点を明らかにすることにもつながり、細胞内における適応的遺伝子発現調節に関する新機軸となる。従来知られている化学シグナリングやmRNAの配列による翻訳速度調節原理とは異なり、細胞内物理化学環境の変化による緩やかかつダイナミックな翻訳制御機構が、遍く難解な生命現象を紐解く新たな鍵となる。
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