RNA修飾異常に起因する疾患の探索と分子機構の解明

• Project/Area Number: 17687015
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 大学院工学系研究科, 助教授 (20292782)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥27,690,000 (Direct Cost: ¥21,300,000、Indirect Cost: ¥6,390,000); Fiscal Year 2006: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2005: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
• Keywords: RNA修飾 / ミトコンドリア脳筋症 / 2トウリジン / tRNA / MIDD / 難聴 / MTU1 / メバロン酸血症

Research Abstract

糖尿病と難聴を併発する14709変異を持つMIDD (matemally inherited diabetes and deafhess)において、変異tRNA^<Glu>のwobble位の5-タウリノメチル2-チオウリジン(rm^5s^2U)が欠損していることを見出している。in vitroの解析でこの変異tRNAは修飾が欠損することで、アスパラギン酸のコドンであるGACを誤翻訳することを明らかにしている。この疾患の発症機構を明らかにするため、外来細胞由来の核と患者由来のmtDNAを融合させた人工融合細胞(サイブリド)を用いてmtDNA変異単独のミトコンドリア機能におよぼす影響を解析した。T14709C変異が100%存在する変異型細胞は、野生型細胞に比べ、ミトコンドリアタンパク質合成速度およびミトコンドリアタンパク質の定常状態量に変化は見られなかったが、変異型細胞は酸素消費速度が低下しており、ミトコンドリアの機能低下が観測された。また、マイクロアレイによるmRNA発現プロファイル解析の結果、変異型細胞では抗酸化酵素であるペルオキシレドキシン2およびその還元酵素であるチオレドキシン、グルタレドキシンのmRNA量が上昇していることがわかり、酸化ストレスに暴露されていることも明らかになった。これらの結果により、T14709C変異はミトコンドリアタンパク質の量的な低下ではなく何らかの質的な異常によって、ミトコンドリアの機能異常を引き起こすことが示唆された。この結果は、変異tRNAが誤翻訳するという結果と矛盾しない。
すでに我々は、ヒトミトコンドリアの2チオウリジン合成酵素MTU1を同定し報告しているが、アラブイスラエル系の難聴患者にこの遺伝子の変異が見つかった。患者由来の細胞を用いて、ミトコンドリアtRNA中の2チオウリジンの含量を調べたところ、顕著に低下していることが判明した。この結果は、RNA修飾の減少がミトコンドリア機能異常を引き起こし、疾患の要因となっていることを示唆している。

Research Products

• [Journal Article] The 3'-termini of mouse piwi-interacting RNAs are 2'-O-methylated (2007)
  • Author(s): Ohara, T., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Ueda, H., Miyauchi, K., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nature Structural ＆ Molecular Biology 14 Pages: 349-350
• [Journal Article] Automated parallel isolation of multiple species of non-coding RNAs by the reciprocal circulating chromatography method (2007)
  • Author(s): Miyauchi, K., Tomoya, O., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 35
• [Journal Article] Functional genetic selection of Helix 66 in Escherichia coli 23S rRNA identified the eukaryotic class of binding sequences for ribosomal protein L2 (2007)
  • Author(s): Kitahara, K., Kajiura, A., Sato, N.S., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. (in press)
• [Journal Article] Comprehensive genetic selection revealed essential bases in the peptidyl-transferase center. (2006)
  • Author(s): Sato, N.S., Hirabayashi, N., Agmon, I., Yonath, A., Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 103 Pages: 15386-15391
• [Journal Article] Snapshots of tRNA suluration via an adenylated intermediate (2006)
  • Author(s): Numata, T., Ikeuchi, Y., Fukai, S., Suzuki, T., Nureki, O.
  • Journal Title: Nature 442 Pages: 419-424
• [Journal Article] Biosynthesis of wybutosine, a hyper-modified nucleoside in eukaryotic phenylalanine tRNA (2006)
  • Author(s): Noma, A., Kirino, Y., Ikeuchi, Y., Suzuki, T.
  • Journal Title: EMBO J 25 Pages: 2142-2154
• [Journal Article] Mechanistic insights into sulfur-relay by multiple sulfur mediators involved in thiouridine biosynthesis at tRNA wobble positions (2006)
  • Author(s): Ikeuchi, Y., Shigi, N., Kato, J., Nishimura, A., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Mol Cell 21 Pages: 97-108
• [Journal Article] Biosynthesis of wybutosine, a hyper-modified nucleoside in eukaryotic phenylalanine tRNA (2006)
  • Author(s): Noma, A., Kirino, Y., Ikeuchi, Y., Suzuki, T^*.
  • Journal Title: EMBO J. (In press)
• [Journal Article] Structural basis for sulfur relay to RNA mediated by heterohexameric TusBCD complex (2006)
  • Author(s): Numata, T., Fukai, S., Ikeuchi, Y., Suzuki, T.^*, Nureki^*, O.
  • Journal Title: Structure 14 Pages: 357-366
• [Journal Article] Acquisition of the wobble modification in mitochondrial tRNA Leu(CUN) bearing the G12300A mutation suppresses the MELAS molecular defect (2006)
  • Author(s): Kirino, Y., Yasukawa, T., Marjavaara, S.K., Jacobs, H.T., Holt, I.J., Watanabe, K., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Hum Mol Genet 15 Pages: 897-904
• [Journal Article] Molecular mechanism of lysidine synthesis that determines tRNA identity and codon recognition (2005)
  • Author(s): Ikeuchi, Y., Soma, A., Ote, T., Kato, J., Sekine, Y., Suzuki, T.^*
  • Journal Title: Mol Cell 19 Pages: 235-246
• [Journal Article] Structural basis for lysidine formation by ATP pyrophosphatase accompanied with a lysine-specific loop and a tRNA-recognition domain (2005)
  • Author(s): Nakanishi, K., Fukai, S., Ikeuchi, Y., Soma, A., Sekine, Y., Suzuki, T., Nureki, O.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 102 Pages: 7487-7492
• [Book] RNA修飾酵素の細胞内局在とRNA成熟化機構(蛋白質核酸酵素11月号増刊,細胞核の世界) (2006)
  • Author(s): 野間章子, 鈴木 勉
  • Publisher: 共立出版
• [Book] RNA修飾の世界-見過ごされているRNAの質的な情報 (2005)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 生化学(日本生化学会)
• [Patent(Industrial Property Rights)] 質量分析によるゲノム上でRNA配列を同定するシステム (2006)
  • Inventor(s): 鈴木 勉他
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2006-194780
  • Filing Date: 2006-07-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] RNA中のイノシン化部位を特定する方法 (2005)
  • Inventor(s): 鈴木 勉, 櫻井 雅之
  • Industrial Property Rights Holder: 東京大学
  • Industrial Property Number: 2005-229335
  • Filing Date: 2005-08-08