原核生物における翻訳中に生じた不良タンパク質品質管理システムの分子メカニズム

• Project/Area Number: 15032202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 姫野 俵太 弘前大学, 農学生命科学部, 助教授 (80208785)
• Project Period (FY): 2003 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥4,700,000 (Direct Cost: ¥4,700,000); Fiscal Year 2004: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2003: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: トランストランスレーンション / tmRNA / リボソーム / 翻訳 / アミノグリコシド / トランストランスレーション / タンパク質分解 / SmpB / パロモマイシン

Research Abstract

トランストランスレーションは、翻訳が中断したmRNAからtmRNAへとリボソームが翻訳を切替えることで二つの分断された情報から一本のキメラペプチドを作り出す、変則的翻訳である。この反応を行うtmRNAは、tRNA様の構造を持つtRNAドメインとタグペプチドをコードするmRNAドメインの二つのドメインから成る。これまでの研究によりタグペプチドのコード領域のすぐ上流に翻訳再開のシグナルの存在が明らかになってきたが、それが何によって、またどのようにして認識されることで翻訳再開位置の決定が行われるのかという問題はいまだ解決されていない。本研究では、リボソームの小サブユニットのAサイトに結合することが知られているアミノグリコシド系抗生物質のtmRNAおよびトランストランスレーションに対する影響を調べた。まず融解温度の変化の測定により、パロモマイシンはtmRNAに2分子結合することを明らかにした。さらに化学修飾により、それぞれのパロモマイシン結合部位を特定した。2分子の結合のうちtRNAドメインへの結合はアミノアシル化に影響を与え、さらにはSmpBのtmRNAへの結合を阻害した。一方、パロモマイシンはトランストランスレーションの開始位置を-1だけシフトさせることを明らかにした。そしてリボソームに変異を導入することで、このシフトはパロモマイシンがtmRNAに結合することに起因するのではなく、リボソームのAサイトに結合することに起因することを明らかにした。さらに様々なアミノグリコシドの効果を調べた結果、ハイグロマイシンだけはシフトを誘導しないことから、トランストランスレーションのシフトはリボソームの小サブユニットのAサイトのA1492A1493のフリップアウトが原因であると結論づけることができた。現在、ピュアな因子からなるin vitroトランストランスレーション系を構築したところであり、この系を用いてさらなる解析を進めているところである。

Research Products

• [Journal Article] 翻訳と共役した蛋白質品質管理システム:トランストランスレーション (2004)
  • Author(s): 姫野俵太, 武藤 あきら
  • Journal Title: 細胞における蛋白質の一生(蛋白質核酸酵素増刊) 49(7) Pages: 1062-1066
• [Journal Article] A minimum structure of aminoglycosides that causes an initiation shift of trans-translation. (2004)
  • Author(s): Konno, T., Takahashi, T., Kurita, D., Muto, A., Himeno, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 32 Pages: 4119-4126
• [Journal Article] A novel GTPase activated by the small subunit of ribosome. (2004)
  • Author(s): Himeno, H., Hanawa-Suetsugu, K., Kimura, T., Takagi, K., Sugiyama, W., Shirata, S., Mikami, T., Odagiri, F., Osanai, Y., Watanabe, D., Goto, S., Kalachnyuk, L., Ushida, C., Muto, A.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 32 Pages: 5303-5309
• [Journal Article] Initiation shift of trans-translation by aminoglycosides. (2004)
  • Author(s): Konno, T., Kurita, D., Takahashi, T., Muto, A., Himeno, H.
  • Journal Title: Nucleic Acids Symp.Ser. 48 Pages: 299-300
• [Publications] Takahashi, T., Konno, T., Muto, A., Himeno, H.: "Various effects of paromomycin on tmRNA-directed trans-translation."J.Biol.Chem.. 278. 27672-27680 (2003)
• [Publications] Konno, T., Takahashi, T., Muto, A., Himeno, H.: "Various effects of paromomycin on tmRNA-mediated trans-translation."Nucleic Acids Res.Supplement. 3. 235-236 (2003)
• [Publications] Takada, K., Hori-Takemoto, C., Kawazoe, M., Lee, S., Shirouzu, M., Yokoyama, S., Muto, A., Himeno, H.: "In vitro analysis of the initial steps of trans-translation."Nucleic Acids Res.Supplement. 3. 287-288 (2003)
• [Publications] 姫野俵太: "タンパク質がわかる(竹縄忠臣編)"羊土社. 26-35 (2003)