リボソームタンパク質の希少修飾ヒスチジンメチル化を介した新規翻訳制御機構の解明

• Project/Area Number: 21K06026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 松浦 絵里子 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (30534507)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: リボソーム / 翻訳制御 / 翻訳後修飾 / ヒスチジンメチル化 / プロテオスタシス / リボソームタンパク質 / タンパク質のメチル化修飾

Outline of Research at the Start

翻訳装置リボソームを構成するリボソームタンパク質は翻訳後修飾を受ける。我々はヒトにおいてリボソームタンパク質が希少修飾であるヒスチジン残基のメチル化を受けることを発見した。さらに、その修飾酵素のノックアウト細胞では、特異的なコドンにおいてリボソームの翻訳速度が促進していることを見出した。これらの予備的知見は、リボソームにおこる希少修飾がタンパク質合成の速度を調節するという可能性を示すものである。本研究ではこの知見を更に拡大展開し、リボソームタンパク質の修飾を介した翻訳制御機構を解明する。特に、リボソームプロファイリング法やSILAC法を応用した網羅的解析を組み合わせ、この問題にアプローチする。

Outline of Annual Research Achievements

これまでに我々はヒトにおいてリボソームタンパク質RPL3 が希少修飾であるヒスチジン残基のメチル化を受けることを発見した。さらに、その修飾酵素であるMETTL18の ノックアウト細胞では、チロシンコドン特異的にリボソームの翻訳速度が促進していることを見出した。これらの予備的知見は、リボソームにおこる希少修飾がタンパク質合成の速度を調節するという可能性を示すものである。そこで、我々はリボソームプロファイリング法やSILAC 法を応用した網羅的解析を組み合わせ、この可能性にアプローチした。その結果、METTL18ノックアウト細胞では、チロシンコドンを多く含むタンパク質が細胞内で凝集していることが明らかとなった。したがって、METTL18ノックアウト細胞では、RPL3のメイル化の欠損によってチロシンコドンの読み取り速度が速くなり、その結果、チロシンを多く含むタンパク質がFolding不良になっていることが示唆された。2022年度はヒト培養細胞から精製したリボソームとRabbit reticulocyte lysateを用いたin vitro hybrid translation systemを構築し、RPL3のヒスチジンメチル化が直接的にリボソームのチロシンコドン読み取り速度を制御することを証明した。そして、これまでの成果を論文として発表した。本研究によりリボソームタンパク質の修飾を介したタンパク質恒常性 (プロテオスタシス)制御が明らかになると期待される。

Research Products

• [Journal Article] METTL18-mediated histidine methylation of RPL3 modulates translation elongation for proteostasis maintenance (2022)
  • Author(s): Matsuura-Suzuki Eriko、Shimazu Tadahiro、Takahashi Mari、Kotoshiba Kaoru、Suzuki Takehiro、Kashiwagi Kazuhiro、Sohtome Yoshihiro、Akakabe Mai、Sodeoka Mikiko、Dohmae Naoshi、Ito Takuhiro、Shinkai Yoichi、Iwasaki Shintaro
  • Journal Title: eLife Volume: 11 Pages: 1-33
  • DOI: 10.7554/elife.72780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] METTL18-mediated histidine methylation on RPL3 modulates translation elongation for proteostasis maintenance (2021)
  • Author(s): Matsuura-Suzuki Eriko、Shimazu Tadahiro、Takahashi Mari、Kotoshiba Kaoru、Suzuki Takehiro、Kashiwagi Kazuhiro、Sohtome Yoshihiro、Akakabe Mai、Sodeoka Mikiko、Dohmae Naoshi、Ito Takuhiro、Shinkai Yoichi、Iwasaki Shintaro
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2021.07.29.454307
  • Open Access
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance リボソームタンパク質に起きるヒスチジンメチル化修飾の機能 －コドンの読み取り速度を調節し、高品質タンパク質を合成する－ (2022)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Kaoru Kotoshiba, Takehiro Suzuki, Kazuhiro Kashiwagi, Yoshihiro Sohtome, Mai Akakabe, Mikiko Sodeoka, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: 第４５回日本分子生物学会年会
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance (2022)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Kaoru Kotoshiba, Takehiro Suzuki, Kazuhiro Kashiwagi, Yoshihiro Sohtome, Mai Akakabe, Mikiko Sodeoka, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia, RNA Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance (2022)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Kaoru Kotoshiba, Takehiro Suzuki, Kazuhiro Kashiwagi, Yoshihiro Sohtome, Mai Akakabe, Mikiko Sodeoka, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: Tokyo RNA club
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance (2021)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: RNA2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance (2021)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: 日本RNA学会 2021年大会
• [Presentation] METTL18-mediated histidine methylation on ribosome protein modulates tyrosine translation for proteostasis maintenance (2021)
  • Author(s): Eriko Matsuura-Suzuki, Tadahiro Shimazu, Mari Takahashi, Kaoru Kotoshiba, Takehiro Suzuki, Kazuhiro Kashiwagi, Naoshi Dohmae, Takuhiro Ito, Yoichi Shinkai, Shintaro Iwasaki
  • Organizer: EMBL Conference " Protein Synthesis and Translational Control"
  • Int'l Joint Research
• [Book] 月刊「細胞」11月号 特集 翻訳制御の最前線 稲田利文編 (2022)
  • Author(s): 松浦絵里子、岩崎信太郎
  • Total Pages: 65
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Remarks] プレスリリース 2022年6月21日 理化学研究所 リボソームタンパク質に起きる翻訳後修飾の機能
  • URL: https://www.riken.jp/press/2022/20220621_2/index.html