終止コドンリードスルーによる酵素局在の変化とナンセンス変異遺伝病の治療

• Project/Area Number: 19K07403
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49010:Pathological biochemistry-related
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 鴨下 信彦 自治医科大学, 医学部, 講師 (90302603)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 終止コドンリードスルー / 変異tRNA / ナンセンス変異遺伝病 / RNAウイルス / RNA / ナンセンスサプレッサーtRNA / (アンチコドン改変tRNA) / 開始tRNA / CpGメチル化 / サプレッサーtRNA / 翻訳開始 / 酵素局在

Outline of Research at the Start

本研究は、細胞遺伝子での存在と重要性が認識され始めた翻訳終止コドンリードスルーを研究対象とする。申請者が研究してきたウイルス感染症では、リードスルーが感染成立に必要な例が古くより知られている。RNAウイルスの複製酵素の局在を解析し、リードスルーにより付加されるアミノ酸配列の意義を明らかにする。一方、ヒト遺伝性疾患のうち、ナンセンス変異遺伝病では、リードスルーが実質起こらない結果、病態が形成される。遺伝病のモデル遺伝子を作製し、リードスルー増強剤を投与して、翻訳の回復を評価する。さらに、次世代シーケンス技術を利用してリードスルー遺伝子を網羅的に同定し、増強剤の治療応用への妥当性を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

変異tRNAの有用性を評価する目的で、精製酵素とT7RNAポリメラーゼ転写物を使用し、tRNAのアミノアシル化レベルを解析した。野生型との間に大きな差はなかった。
ヒト集団中のナンセンス変異の実態を明らかにする目的で、健康人中のバリアントと、報告された症例変異の出現頻度を解析した。対象は尿素サイクル異常症の８遺伝子とした。
先行解析はゲノム上の変異部位の集計であった。これに対し、本研究ではアレル頻度と症例の出現頻度を集計した（同胞例は臨床経過を個別に集計した上で変異出現頻度１と数える）。CGA >TGA 変異は、30箇所存在するCGA/Argコドン中、20箇所で３例以上の症例が出現した。出現頻度は２３通りのナンセンス変異起因性の一塩基置換の中で最多、全頻度の40%前後を占めた。この数値は過去の集計法の2.3倍であった。
対象を尿素サイクル異常症としたのは、申請書で言及したオルニチンカルバモイルトランスフェラーゼ欠損症も含め、未治療の場合の生命予後が不良であることによる。ところが、先進国では肝移植により、生命予後及びQOLが劇的に改善していた。これらの状況を踏まえ、同様の解析を他疾患に広げる必要性が考えられた。
RNAウイルスの終止コドンリードスルーの分子機序を明らかにする目的で、終止コドン下流のRNA構造がリードスルーに及ぼす影響を検討した。リードスルーを促進する構造は、終止コドンから９もしくは１３塩基下流から起始した。一方、６塩基下流、もしくは終止コドン内部から起始する構造は促進効果が認められなかった。真核生物ではリボソームサブユニット間に３０塩基前後のmRNAが存在すると考えられる。促進作用は、終止コドンが伸長過程にあるリボソームのサブユニット間に入り、Aサイト近傍まで接近した後で、下流構造とリボソームが相互作用をした場合に生成する可能性が考えられた。

Research Products

• [Journal Article] Human nonsense mutations in primary hyperammonemia - Analysis of publicized patient mutations and variations in general populations in eight disease-causing genes (2023)
  • Author(s): Nobuhiko Kamoshita, Takafumi Hiramoto, Yuji Kashiwakura, Morisada Hayakawa, Tsukasa Ohmori
  • Journal Title: Research Square Volume: 11 Pages: 1-23
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-3090477/v1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 変異tRNAによるRNAウイルスの翻訳解析 (2020)
  • Author(s): 鴨下信彦
  • Journal Title: Medical Science Digest Volume: 46
• [Presentation] Analysis of human nonsense mutations in primary hyperammonemia - Nucleotide changes in eight disease-causing genes in the literature and genomic databases. (2023)
  • Author(s): Nobuhiko Kamoshita, Takafumi Hiramoto, Yuji Kashiwakura, Morisada Hayakawa, Tsukasa Ohmori
  • Organizer: RNA2023 (Singapore)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of human nonsense mutations in primary hyperammonemia -Nucleotide changes in eight disease-causing genes in the literature and genomic databases (2023)
  • Author(s): Kamoshita N., Kashiwakura Y., Hiramoto H., Hayakawa M., and Ohmori T.
  • Organizer: RNA2023 (Shingapore)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Human nonsense mutations to cause primary hyperammonemia and nonsense suppressor tRNAs to cope against premature termination codons. (2022)
  • Author(s): Kamoshta N., Kashiwakura Y., Hiramoto H., Hayakawa M., and Ohmori T.
  • Organizer: 第23回日本RNA学会年会 (京都)
• [Presentation] 文献およびゲノム解析データベースを利用したヒト疾患原因変異の解析例 (2022)
  • Author(s): KAMOSHITA Nobuhiko, HIRAMOTO Takafumi, KASHIWAKURA Yuji, HAYAKAWA Morisada, OHMORI Tsukasa
  • Organizer: トーゴーの日シンポジウム2022 (オンライン参加)
• [Presentation] Human nonsense nucleotide changes in primary hyperammonemia - Literature and database review of eight disease-causing genes (2022)
  • Author(s): Kamoshita N., Kashiwakura Y., Hiramoto H., Hayakawa M., and Ohmori T.
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会・第45回日本分子生物学会年会・日本生物物理学会共催 (千葉)
• [Presentation] Translation without the initiator tRNA in hepatitis C virus RNA (2021)
  • Author(s): Kamoshita N., Ohmori T
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] Analysis of human Selenoprotein P (SELENOP) promoter activity. (2021)
  • Author(s): Kamoshita N., Kashiwakura Y., Baatartsogt N., Hiramoto T., Hayakawa M., Ohmori T.
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] ジシストロウイルスの終止コドンリードスルーにより翻訳されるアミノ酸配列 (2019)
  • Author(s): 鴨下信彦, 富永 眞一, 大森 司
  • Organizer: 第21回日本RNA学会年会