mRNA crosstalk regulates central metabolic pathway in facultative anaerobic bacteria

• Project/Area Number: 16H06190
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: University of Tsukuba (2018-2019); Gunma University (2017); Akita Prefectural University (2016)
• Principal Investigator: Miyakoshi Masatoshi 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (60755809)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥24,570,000 (Direct Cost: ¥18,900,000、Indirect Cost: ¥5,670,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2017: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2016: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000)
• Keywords: 転写後調節 / 大腸菌 / サルモネラ / TCAサイクル / small RNA / Hfq / 発現制御 / 応用微生物 / 核酸 / バイオテクノロジー / 細菌

Outline of Final Research Achievements

mRNA encoded proteins in the same metabolic pathway but also produces a regulatory RNA. This study revealed that the TCA cycle operon mRNA of facultative aerobic bacteria, sdhCDAB-sucABCD, processes SdhX small RNA from its 3'UTR to post-transcriptionally regulate the ackA mRNA encoding acetate kinase via direct base-pairing mechanism. In addition, SdhX specifically regulates anaerobic fumarase gene fumB and unknown gene yfbV in Salmonella, while it regulates formate dehydrogenase gene fdoG and catalase gene katG in E. coli.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、オペロンmRNAは同じ代謝経路の酵素タンパク質をコードするだけでなく、その3’UTRから機能性RNAを生成し、他の代謝経路の遺伝子発現を転写後レベルで制御することを明らかにした。したがって、セントラルドグマにおいて単に遺伝情報の仲介役と考えられていたmRNAに新しい機能を見出し、1961年にJacobとMonodによって提唱されたオペロン説の概念を拡張することができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Wuerzburg/Helmholtz Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of Wuerzburg/Helmholtz Institute(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ヴュルツブルク大学(ドイツ)
• [Journal Article] Functional expansion of a TCA cycle operon mRNA by a 3′ end-derived small RNA (2018)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi、Matera Gianluca、Maki Kanako、Sone Yasuhiro、Vogel Joerg
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 47 Issue: 4 Pages: 2075-2088
  • DOI: 10.1093/nar/gky1243
  • NAID: 120007133592
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 細菌におけるRNAによる転写後調節 (2016)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 74 Pages: 482-487
• [Presentation] 腸内細菌科細菌の中心炭素代謝オペロンmRNAの制御カスケード (2019)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] 原核生物のオペロンmRNAの3’末端由来sRNAによる機能拡張 (2018)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 大腸菌の中心代謝経路を制御するmRNAクロストーク (2018)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第８回合成生物工学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] A conserved 3’UTR-derived small RNA from the sdh-suc operon regulates different sets of genes in Salmonella and E. coli (2018)
  • Author(s): Masatoshi Miyakoshi, Kanako Maki, Yasuhiro Sone, Joerg Vogel
  • Organizer: ASM Microbe 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A conserved 3’UTR-derived small RNA from the sdh-suc operon regulates different sets of genes in Salmonella and E. coli (2018)
  • Author(s): Masatoshi Miyakoshi, Kanako Maki, Yasuhiro Sone, Joerg Vogel
  • Organizer: 5th Meeting of Regulating with RNA in Bacteria and Archaea
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原核生物におけるsmall RNA機能解析の方法論 (2018)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第91回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] 中心代謝経路を制御するmRNAクロストーク (2018)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
  • Invited
• [Presentation] 大腸菌特異的なsucD mRNA 3’UTRとkatG mRNA 5’UTRの塩基対形成 (2018)
  • Author(s): 宮腰昌利、曽根泰裕
  • Organizer: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [Presentation] 腸内細菌の中心代謝を制御するmRNAクロストーク (2017)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度大会
  • Place of Presentation: 京都市、京都女子大学
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] 腸内細菌科における嫌気性フマラーゼ遺伝子fumBの転写後調節 (2017)
  • Author(s): 宮腰昌利、槇佳和子
  • Organizer: 第11回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 藤沢市、慶應義塾大学
  • Year and Date: 2017-03-02
• [Presentation] mRNAの3’末端から生成する機能性RNA (2017)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 環境微生物系学会合同大会2017
  • Invited
• [Presentation] Crosstalk among bacterial mRNAs in trans controls central metabolic pathways (2016)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: RNA2016
  • Place of Presentation: 京都市、国立京都国際会館
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Book] DNA traffic in the environment (2019)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi
  • Total Pages: 19
  • Publisher: Springer Nature
  • ISBN: 9789811334108