新生ポリペプチド鎖による膜透過能の監視と転写－翻訳制御機構

• Project/Area Number: 17J02501
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Molecular biology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石井 英治 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 翻訳アレスト / 新生ポリペプチド鎖 / mRNA分解 / 細胞内局在 / 膜透過 / RNA二次構造 / RNA分解

Outline of Annual Research Achievements

VemPはC末端近傍での翻訳アレストによりSecDF2発現を誘導する一方で、翻訳途上鎖であるN末端のシグナル配列が細胞の膜透過活性をモニターすることにより、翻訳アレストの状態ひいては下流のsecDF2の発現をコントロールしている。このVemPは、SRP経路により細胞膜に局在するSec装置まで運ばれ翻訳アレストが解除されるまで、リボソーム複合体(mRNA-リボソーム-新生鎖)として細胞内で存在することから、新生鎖の挙動だけでなく翻訳アレストに伴ったmRNAの動態についても興味が注がれた。しかしながら、これまで細菌における翻訳アレスト状態のリボソーム複合体に関する研究において、リボソームと新生鎖の構造学的な知見やそれに基づいた生体内モデルは報告されているが、このときのmRNAの細胞内動態に関してはほとんど議論・検証されていない。
本研究において、申請者はSecDF2の発現が翻訳レベルだけでなくmRNAレベルでも制御を受けていることを見出した。このmRNA量の調節は、誘導性のプロモーターから発現し、転写開始量をそろえた時にも確認されたことから、転写制御によるものではないことが示唆された。更に、VemPの膜への局在性を欠失した変異体やSRPが不全となる株は、mRNA量が増大した。また、翻訳アレスト能欠いた変異体ではより分解が促進された。これらのことから、vemP-secDF2mRNAは細胞内の局在およびVemPの翻訳アレストに依存して分解制御を受けていることが示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Identification of an Internal Cavity in the PhoQ Sensor Domain for PhoQ Activity and SafA-mediated Control (2018)
  • Author(s): K. Yoshitani, E. Ishii, K. Taniguchi, H. Sugimoto, Y. Shiro, H. Mori, Y. Akiyama, A. Kato, R. Utsumi, Y. Eguchi
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 83 Issue: 4 Pages: 684-694
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1562879
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification and characterization of arrest motif in VemP by systematic mutational analysis. (2018)
  • Author(s): Mori, H., Sakashita, S., Ito, J., Ishii, E. and Akiyama, Y.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 293 Issue: 8 Pages: 2915-2926
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.816561
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ビブリオ属細菌における２つのタンパク質膜透過促進因子の生理的意義と使い分け機構. (2017)
  • Author(s): 石井英治、 森博幸
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 261 Pages: 1178-1179
• [Presentation] 新生ポリペプチド鎖依存的な膜局在化によるmRNA分解促進 (2020)
  • Author(s): 石井 英治、秋山 芳展、森 博幸
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] ビブリオ菌VemPの翻訳途上鎖を介したmRNA分解機構に関する研究 (2019)
  • Author(s): 石井 英治、秋山 芳展、森 博幸
  • Organizer: 21世紀大腸菌研究会
• [Presentation] Nascent polypeptide-mediated gene regulation in the production of marine bacterial SecDF paralogs (2019)
  • Author(s): Eiji Ishii
  • Organizer: the 26th East Asia Joint Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Vibrio alginolyticusにおける新生ポリペプチド鎖依存的なmRNA分解機構 (2019)
  • Author(s): 石井 英治、秋山 芳展、森 博幸
  • Organizer: 発酵研寄付講座開設記念シンポジウム
• [Presentation] ビブリオ属細菌における新生ポリペプチド鎖を介した遺伝子発現制御機構について (2019)
  • Author(s): 石井 英治、秋山 芳展、森 博幸
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ビブリオ菌の新生ポリペプチド鎖を介した発現制御におけるmRNA二次構造の役割 (2019)
  • Author(s): 石井英治、秋山芳展、森博幸
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] Roles of mRNA secondary structure of vemP-secD2 intergenic region in VemP translation arrest coupled SecD2 expression (2018)
  • Author(s): Eiji Ishii, Sohei Sakashita, Yoshinori Akiyama and Hiroyuki Mori
  • Organizer: International symposium Proteins: From the Cradle to the Grave
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Marine Vibrio features alternative cation-dependence of SecDF paralogs regulated by a nascent polypeptide, VemP, for environmental adaptation. (2017)
  • Author(s): Ishii, E., Chiba, S., Hashimoto, N., Sakashita, S., Kojima, S., Homma, M., Ito, K., Akiyama, Y. and Mori, H.
  • Organizer: International symposium ‘Harmonized supermolecular motility machinery and its diversity’
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] V. alginolyticusにおける翻訳停止依存的な膜透過促進因子の発現制御機構 (2017)
  • Author(s): 石井 英治、坂下 宗平、秋山 芳展、 森 博幸
  • Organizer: 第51回ビブリオシンポジウム
• [Presentation] 海洋性ビブリオ菌の新生鎖によるタンパク質膜透過能の監視を介した塩環境適応 (2017)
  • Author(s): 石井 英治
  • Organizer: 第70回日本細菌学会関西支部学術総会 若手プロジェクトチーム 企画シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 新生ポリペプチド鎖を介した発現制御におけるmRNA二次構造形成の重要性 (2017)
  • Author(s): 石井 英治、坂下 宗平、秋山 芳展、森 博幸
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Book] 分子マシンの科学 (2017)
  • Author(s): 日本化学会 編
  • Total Pages: 216
  • Publisher: 化学同人
  • ISBN: 9784759813869