RNA regulatory network via mRNA 3'UTR in Enterobacteriaceae

• Project/Area Number: 19H03464
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49050:Bacteriology-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Miyakoshi Masatoshi 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (60755809)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: small RNA / 3'UTR / 転写後調節 / 3´UTR / サルモネラ / 大腸菌

Outline of Research at the Start

大腸菌やサルモネラなどの腸内細菌科細菌で見出されたmRNAの3’UTRから生成するsmall RNA (sRNA) は、従来型のsRNAと同様に転写後レベルで遺伝子発現を調節する機能を持つ新しいタイプの制御因子である。本研究はmRNAの長年見過ごされていた機能を浮き彫りにし、RNAの機能を理論的に拡張することで遺伝子の概念を覆すことを狙いとしている。また、病原性細菌のRNAによる遺伝子発現制御について新しい知見を得ることで、細菌感染症の抑止に応用することが期待される。

Outline of Final Research Achievements

A bacterial mRNA produces a small RNA (sRNA) from its 3'UTR, which functions as a post-transcriptional regulator. A enterobacterial species such as E. coli and Salmonella contains at least 30 3'UTR-derived sRNAs. This study revealed that GlnZ sRNA is generated from the 3'UTR of glnA mRNA encoding glutamine synthetase via processing by RNase E and represses the expression of 2-oxoglutarate dehydrogenase. Moreover, the release of GlnZ from the glnA mRNA by RNase E is essential for the post-transcriptional regulation of sucA.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

腸内細菌科細菌を代表するサルモネラや大腸菌において、3´UTRからsRNAを生成するmRNAを見出し、特にグルタミン合成酵素をコードするglnAから細菌種によって異なる塩基配列を持つsRNA GlnZが生成することを明らかにした。窒素飢餓条件でグルタミン合成酵素が発現する際に、そのmRNA 3´UTRからsRNA GlnZが生成し、2-オキソグルタル酸デヒドロゲナーゼの発現を抑制することが明らかになった。また、GlnZはRNase EによるプロセシングによってmRNAから遊離して初めて機能を発揮することが示された。2-オキソグルタル酸の代謝フローの切り替えに重要な転写後調節機構を発見した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ヴュルツブルク大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ヴュルツブルク大学(ドイツ)
• [Journal Article] Glutamine synthetase mRNA releases sRNA from its 3′UTR to regulate carbon/nitrogen metabolic balance in Enterobacteriaceae (2022)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi、Morita Teppei、Kobayashi Asaki、Berger Anna、Takahashi Hiroki、Gotoh Yasuhiro、Hayashi Tetsuya、Tanaka Kan
  • Journal Title: eLife Volume: 11
  • DOI: 10.7554/elife.82411
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mining RNA‐seq data reveals the massive regulon of GcvB small RNA and its physiological significance in maintaining amino acid homeostasis in Escherichia coli (2021)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi、Okayama Haruna、Lejars Maxence、Kanda Takeshi、Tanaka Yuki、Itaya Kaori、Okuno Miki、Itoh Takehiko、Iwai Noritaka、Wachi Masaaki
  • Journal Title: Molecular Microbiology Volume: 117 Issue: 1 Pages: 160-178
  • DOI: 10.1111/mmi.14814
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A bacterial small RNA regulates the adaptation of Helicobacter pylori to the host environment (2021)
  • Author(s): Kinoshita-Daitoku, R., Kiga, K., Miyakoshi, M. et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2085-2085
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22317-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transcriptome Analysis of Zygotic Induction During Conjugative Transfer of Plasmid RP4 (2020)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi、Ohtsubo Yoshiyuki、Nagata Yuji、Tsuda Masataka
  • Journal Title: Frontiers in Microbiology Volume: 11 Pages: 1125-1125
  • DOI: 10.3389/fmicb.2020.01125
  • NAID: 120007165442
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 腸内細菌科細菌におけるmRNAから生成するsmall RNAによる転写後調節 (2023)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第96回日本細菌学会総会
• [Presentation] 大腸菌における3´UTRから生成するsmall RNAによる転写後調節ー窒素飢餓応答とTCA回路分岐点の制御を例にー (2022)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Post-transcriptional regulation at the branch point between carbon and nitrogen metabolism by an NtrC-dependent small RNA in Salmonella (2022)
  • Author(s): Miyakoshi Masatoshi, Asaki Lejars
  • Organizer: RNA & Microbes 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 腸内細菌科細菌のグルタミン合成酵素遺伝子glnA mRNA の3'UTR による転写後調節 (2022)
  • Author(s): 宮腰 昌利、ルジャー朝紀
  • Organizer: 第95回日本細菌学会総会
• [Presentation] 大腸菌のGcvB small RNAによるアミノ酸トランスポーターの転写後調節 (2022)
  • Author(s): 宮腰昌利、神田健
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度大会
• [Presentation] Expanding the regulon of the master regulator small RNA GcvB in E. coli (2021)
  • Author(s): Maxence Lejars, Takeshi Kanda, Masatoshi Miyakoshi
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] ドイツ・ヴュルツブルクでの感染生物学研究 (2021)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第94回日本細菌学会総会
  • Invited
• [Presentation] 大腸菌とサルモネラのglnA 3´UTRによるSucAの転写後調節 (2021)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 日本農芸化学会2021年度大会
• [Presentation] 細菌のmRNAに隠された遺伝子発現制御機能 (2020)
  • Author(s): 宮腰昌利
  • Organizer: 第93回日本細菌学会総会
  • Invited