複数の上流ORFが奏でる臨機応変なショ糖感知機構の解明

• Project/Area Number: 21K15114
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 44030:Plant molecular biology and physiology-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山下 由衣 北海道大学, 農学研究院, 助教 (40803383)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: uORF / 翻訳制御 / ショ糖 / 転写後遺伝子発現制御 / 代謝制御 / ショ糖応答

Outline of Research at the Start

真核生物の約半数のmRNAには5’非翻訳領域に小さなORFである上流ORF (uORF) が存在する。uORFの数や配置によって，下流に位置する「主要ORF」の発現を様々に制御する。シロイヌナズナのS1-bZIPファミリータンパク質は細胞質のショ糖濃度を感知して，糖とアミノ酸代謝を調節する機能を持つ転写調節因子である。本研究は，S1-bZIPファミリーmRNAがもつ臨機応変なショ糖応答性に着目する。植物栄養学的に多面的なショ糖感知における，複数のuORFの機能解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

上流ORF (uORF)は真核生物の約半数のmRNAの5’非翻訳領域に存在する小さいORFである。uORFの数や配置によって，下流に位置する「主要ORF」の発現を様々に制御する。シロイヌナズナのS1-bZIPファミリータンパク質は細胞質のショ糖濃度を感知して，糖とアミノ酸代謝を調節する機能を持つ転写調節因子である。本研究は，S1-bZIPファミリーmRNAがもつ多面的なショ糖感知機構の解明，すなわち個々の遺伝子における臨機応変なショ糖応答性に着目した。具体的には，ショ糖感知能をもつSucrose-Sensing (SS)-uORFの使用頻度の着眼点から植物がもつ臨機応変なショ糖応答性を解明することを目的とした。①シス配列：S1-bZIPファミリーのmRNAに存在するSS-uORF以外のuORF等の，mRNA配列の差異(シス要因)に着目した解析を実施した。配列の差異の影響のみを重点的に観察できる実験系としてシロイヌナズナの液体培養細胞系を用いた。その結果，S1-bZIPファミリー内でのmRNA配列の差異は，ショ等応答性の差異に大きく寄与していることが示唆された。②トランス因子： トランス因子として，mRNAの翻訳動態を大きく変化させる，翻訳因子の寄与に着目した。昨年度に引き続き，植物体内での典型的翻訳因子のリン酸化を検出する実験系の最適化を実施した（植物の培養条件，薬剤処理，タンパク質解析法）。植物に与える栄養の偏りを中心に，典型的翻訳因子のリン酸化が起こる条件を特定することができた。以上の結果は，S1-bZIPファミリーmRNAでは，シス因子に加え，栄養条件等に応答した翻訳因子の状態変化により，臨機応変なショ糖応答性が決定されていることを支持するものと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Genome-wide identification of Arabidopsis non-AUG-initiated upstream ORFs with evolutionarily conserved regulatory sequences that control protein expression levels (2022)
  • Author(s): Hiragori Yuta、Takahashi Hiro、Karino Taihei、Kaido Atsushi、Hayashi Noriya、Sasaki Shun、Nakao Kodai、Motomura Taichiro、Yamashita Yui、Naito Satoshi、Onouchi Hitoshi
  • Journal Title: Plant Molecular Biology Volume: 111 Issue: 1-2 Pages: 37-55
  • DOI: 10.1007/s11103-022-01309-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Translational Landscape of a C4 Plant, <i>Sorghum bicolor</i>, Under Normal and Sulfur-Deficient Conditions (2022)
  • Author(s): Sotta Naoyuki、Chiba Yukako、Aoyama Haruka、Takamatsu Seidai、Suzuki Takamasa、Miwa Kyoko、Yamashita Yui、Naito Satoshi、Fujiwara Toru
  • Journal Title: Plant and Cell Physiology Volume: － Issue: 5 Pages: 592-604
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac023
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Sucrose-induced post-transcriptional control of S1 bZIP family genes in Arabidopsis thaliana (2022)
  • Author(s): Yugo Honda, Shugo Sugawara, Hitoshi Onouchi, Satoshi Naito, Yui Yamashita
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会
• [Presentation] Mechanistic specificity of ribosome stalling involved in ER-stress response in plants (2022)
  • Author(s): Tomoya Imamichi, Nao Kusumoto, Seidai Takamatsu, Yugo Honda, Shiori Muraoka, Hitoshi Onouchi, Satoshi Naito, Yui Yamashita
  • Organizer: 第63回日本植物生理学会年会