Elucidation of aging phenomenom based on the assessment of tRNA aminoacylation.

Research Project

Project/Area Number	22K19414
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
Research Institution	National Institutes of Biomedical Innovation, Health and Nutrition
Principal Investigator	木村友則国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所, 医薬基盤研究所難治性疾患研究開発・支援センター, センター長 (00631300)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	塚本悠介国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所, 医薬基盤研究所難治性疾患研究開発・支援センター, 特任研究員 (60838944)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	トランスファーRNA / アミノ酸 / チャージ / タンパク質 / 老化 / 疾患 / tRNA / 加齢 / アミノアシル化
Outline of Research at the Start	tRNAは細胞内タンパク質翻訳の際にアミノ酸を供給する分子であるが、tRNAにアミノ酸がついているかどうか(アミノアシル化状態)を評価するのが困難であり研究開発が進んでいなかった。本研究開発において、我々はtRNAのチャージ率(アミノアシル化率)を網羅的に評価する手法を開発し、この技術を基に、tRNAチャージ率の老化や難病における意義について検討する。
Outline of Annual Research Achievements	生命現象は、ゲノムDNA情報から産生される多種多様なタンパク質の働きによって維持されている。タンパク質は、ゲノム情報のコピーであるメッセンジャーRNA(mRNA)を鋳型として、トランスファーRNA(転移RNA、tRNA)により運搬されたアミノ酸により、産生（翻訳）される。tRNAはアミノアシル化という反応によりアミノ酸が付加（チャージ）される。翻訳因子として重要なtRNAは、安定した翻訳環境を維持するために、チャージを一定レベルで維持していると考えられてきた。しかし近年、栄養ストレスや成長条件により、tRNAのチャージが様々な動態を示し、翻訳を始めとした生命現象に影響を与えるダイナミックな分子であることが明らかとなってきた。tRNAのチャージ率は生物学的に重要なパラメーターである。アミノ酸などの栄養不足の状態に対する適応力が低下した老化現象や、tRNAの様々な異常が報告されている難病等、様々な疾患とも深い関連がある。しかしながら、評価が困難であることから研究は進んでいなかった。本研究開発において、我々はtRNAのチャージ率(アミノアシル化率)を網羅的に評価する手法や、ある特定のtRNAのチャージ率を簡便に測定する手法を開発する。そしてこれらの手法を活用し、tRNAチャージ率が老化や難病においてどのように変動しているか、また、これらの変動が加齢や疾患にどのように関連しているか、生物学的意義について検討している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 初年度にtRNAのチャージ率を簡便に測定する方法を開発し、本技術について論文報告することができた(Tsukamoto Y, Kimura T. i-tRAP (individual tRNA acylation PCR): A convenient method for selective quantification of tRNA charging. RNA 2022)。本技術は、特定のtRNAについて簡便に測定する手法である。本手法と、網羅的にtRNAのチャージ率を測定する手法を組み合わせて解析するとこで、tRNAの中でもグルタミンをチャージするtNRAのチャージ率がアミノ酸飢餓において大きく低下すること、加齢細胞においてこれがより低下することを発見した。
Strategy for Future Research Activity	開発した手法を活用し、tRNAのチャージ率が生理現象や老化、疾患とどのように関連しているか検討を進める。