異常翻訳に起因する品質管理機構におけるリボソームのユビキチン化制御

• Project/Area Number: 19J11326
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 杉山 誉人 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: リボソーム / 翻訳 / ユビキチン化 / Ccr4-Not / ZNF598 / 異常翻訳 / mRNA分解 / タンパク質分解 / コドン至適度

Outline of Research at the Start

異常翻訳時に惹起される品質管理機構として、RQC (Ribosome-associated Quality Control)及び18S NRD (Nonfunctional Ribosomal RNA Decay)が知られている。これらは、リボソームの停滞に起因して惹起されることが報告されているが、その後どのような分子機構で異常産物の分解が誘導されるかは明らかになっていない。近年、申請者らはこれらがリボソームのユビキチン化により惹起されることを明らかにしており、今後、これらの反応に必須な因子の同定、分子基盤の確立、ユビキチン鎖の形成が生体にもたらす影響等を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

採用第二年度では、翻訳速度遅延時におけるリボソームのユビキチン化制御について解析を行った。
リボソームによる翻訳反応は一定の速度ではなく、緩急をつけて行われている。この翻訳速度の変化は、リボソームへのアミノアシルtRNAのリクルートのしやすさに依存しており、コドン至適度として定義づけられている。また、翻訳速度を遅延させる非至適コドンに富んだmRNAの安定性は相対的に低いことが報告されている。申請者の所属研究室では、国際共同研究により、コドン至適度に依存したmRNA分解は、遺伝子発現を広範に制御するCcr4-Not複合体により誘導されていることを昨年度までに明らかにし、今年度報告した。申請者は、Ccr4-Not複合体の構成成分であるNot4によるリボソームタンパク質eS7のユビキチン化が本反応に重要であることを明らかにした。
また、翻訳伸長反応を阻害するmRNA配列の翻訳は、リボソームの動きを停止させることが明らかになっている。リボソームの衝突は、その mRNA 由来の合成途上のペプチド鎖が産生されないだけではなく、後続のリボソームによる翻訳を阻害するために、細胞にとって有害である。細胞は、これを回避するためにRibosome-associated Quality Control(RQC)と呼ばれる品質管理機構を備えており、異常翻訳を解消している。申請者は、昨年度までに哺乳類細胞におけるRQC関連因子を同定し、今年度はRabbit Reticulocyte Lysateによる試験管内翻訳系を用いたRQC反応の再構成を行なった。その結果、衝突リボソームは、ZNF598によるリボソームタンパク質uS10のK63型ポリユビキチン化を受けること、さらにこの反応がhRQT複合体に依存した解離反応に必要であることを明らかにした。本成果は論文投稿準備中である。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ケースウエスタンリザーブ大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ケースウェスタンリザーブ大学(米国)
• [Journal Article] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality. (2020)
  • Author(s): Robert Buschauer*, Yoshitaka Matsuo* (*Co-first author), Takato Sugiyama, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Toshifumi Inada and Roland Beckmann.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Issue: 6488 Pages: 281-281
  • DOI: 10.1126/science.aay6912
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a novel trigger complex that facilitates ribosome-associated quality control in mammalian cells (2020)
  • Author(s): Hashimoto Satoshi、Sugiyama Takato、Yamazaki Reina、Nobuta Risa、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3422-3422
  • DOI: 10.1038/s41598-020-60241-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality (2020)
  • Author(s): Takato Sugiyama, Yoshitaka Matsuo, Robert Buschauer, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Roland Beckmann and Toshifumi Inada
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting :Translational Control (Virtual Conference)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ccr4-Not 複合体による RQC 制御機構の解析 (2020)
  • Author(s): ◯杉山 誉人、友松 翔太、西尾 聡一郎、坂本 一真、松尾 芳隆、稲田 利文
  • Organizer: 第 21 回日本 RNA 学会年会(東京、2019.7)
• [Presentation] Functional analysis of Ccr4-Not complex in translation elongation and quality control (2020)
  • Author(s): ◯Sugiyama T, Buschauer R, Matsuo Y, Tomomatsu S, Nishio S, Sakamoto K, Matsuki Y, Becker T, Coller J, Beckmann R, Inada T.
  • Organizer: 第 58 回日本薬学会東北支部大会 (宮城、2019.10)
• [Presentation] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality (2020)
  • Author(s): ◯Sugiyama T, Matsuo Y, Buschauer R, Chen YH, Alhusaini N, Sweet T, Ikeuchi K, Cheng J, Matsuki Y, Nobuta R, Gilmozzi A, Berninghausen O, Tesina P, Becker T, Coller J, Beckmann R, Inada T.
  • Organizer: 新学術領域 ケモユビキチン 第 3 回班会議 (千葉、2019.12)
• [Presentation] 多段階ユビキチン化反応が機能不全リボソームの分解を誘導する (2019)
  • Author(s): ◯杉山 誉人、加藤 海輝、池内 健、李 思涵、市村 淳、松尾 芳隆、稲田 利文
  • Organizer: 日本生化学会東北支部第 85 回例会・シンポジウム (宮城、2019.6)
• [Presentation] 多段階ユビキチン化反応が機能不全リボソームの分解を誘導する (2019)
  • Author(s): ◯杉山 誉人、李 思涵、加藤 海輝、池内 健、市村 淳、松尾 芳隆、稲田 利文
  • Organizer: 第 92 回日本生化学会年会 (神奈川、2019.9)
• [Remarks] mRNAの安定性を決定する新たな分子機構の発見 ～遺伝子発現の根幹を監視する新たな仕組み～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/04/press20200417-01-mRNA.html
• [Remarks] 東北大学大学院薬学研究科 稲田研究室 ホームページ
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~idenshi/inada_lab_HP/