個体を用いたタンパク質翻訳の定性・定量解析によるミトコンドリア病発症機序の解明

• Project/Area Number: 22KJ0156
• Project/Area Number (Other): 21J00143 (2021-2022)
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Multi-year Fund (2023); Single-year Grants (2021-2022)
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 42040:Laboratory animal science-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷 春菜 東北大学, 加齢医学研究所, 特別研究員(PD) (70930303)
• Project Period (FY): 2023-03-08 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); 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: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ミトコンドリアゲノム / タンパク質翻訳

Outline of Research at the Start

ミトコンドリアゲノム(mtDNA)は電子伝達系に必須な遺伝子群をコードしており、これらの翻訳は全てmtDNAに由来するミトコンドリアtRNA(mt-tRNA)により行われる。mt-tRNAに生じる点変異は多様な疾患に認められるため、ミトコンドリアタンパク質翻訳の破綻がミトコンドリア関連疾患の主要因であると考えられる。しかし、個体におけるミトコンドリアタンパク質翻訳解析は技術的に困難であり、mt-tRNA点変異に起因する疾患発症の分子機構は不明である。本研究は、個体レベルでのミトコンドリアタンパク質翻訳の可視化ツールを開発し、mt-tRNA点変異によるタンパク質翻訳障害の分子機構の解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアゲノム (mtDNA) は電子伝達系に必須な遺伝子群をコードしており、これらの翻訳は全てmtDNAに由来するミトコンドリアtRNA (mt-tRNA) により行われる。このようなミトコンドリア内特異的なタンパク質翻訳が破綻すると、ミトコンドリア機能低下を介して様々な疾患の要因となる。しかし、個体におけるミトコンドリアタンパク質翻訳解析は技術的に困難であり、かつ、ミトコンドリア翻訳を標的とする治療法や治療薬は開発されていない。したがって本研究では、ミトコンドリアタンパク質翻訳を可視化する新規ツールの開発により、ミトコンドリアゲノムに生じる病原性変異によるタンパク質翻訳障害の分子機構を明らかにする事を目的とした。
前年度までは、ミトコンドリアタンパク質翻訳の可視化ツール案として、非典型アミノ酸メチオニンアナログを取り込むことができる変異型Methionyl-tRNA synthetase (MARS)に着目し、変異型MARSをミトコンドリアに局在させることでミトコンドリアタンパク質翻訳をモニタリングする方法、および、ミトコンドリアに選択的に集積する特性を持つことでしられているカチオン性分子とPuromycinからなる化合物の投与による可視化方法の2つを着想し、条件検討を重ねてきた。
最終年度は、前年度に引き続き上記のミトコンドリアタンパク質翻訳の可視化ツール2種の最適化を目指し添加条件の検討を続けたが、いずれも一部はミトコンドリアに局在することが確認されたものの、再現性を持って定量的にミトコンドリアタンパク翻訳を評価しうるレベルには達さないと結論した。したがって、現在は異なるミトコンドリア送達分子ととPuromycinを組み合わせた新たな化合物を合成し、新規化合物によるミトコンドリアタンパク質翻訳解析に向けた有用性を確かめている。

Research Products

• [Journal Article] Pathological mutations promote proteolysis of mitochondrial tRNA-specific 2-thiouridylase 1 (MTU1) via mitochondrial caseinolytic peptidase (CLPP) (2023)
  • Author(s): Ahmad Raja Norazireen?Raja、Zhang Long-Teng、Morita Rikuri、Tani Haruna、Wu Yong、Chujo Takeshi、Ogawa Akiko、Harada Ryuhei、Shigeta Yasuteru、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 52 Issue: 3 Pages: 1341-1358
  • DOI: 10.1093/nar/gkad1197
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aberrant RNA processing contributes to the pathogenesis of mitochondrial diseases in trans-mitochondrial mouse model carrying mitochondrial tRNALeu(UUR) with a pathogenic A2748G mutation (2022)
  • Author(s): Tani Haruna、Ishikawa Kaori、Tamashiro Hiroaki、Ogasawara Emi、Yasukawa Takehiro、Matsuda Shigeru、Shimizu Akinori、Kang Dongchon、Hayashi Jun-Ichi、Wei Fan-Yan、Nakada Kazuto
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 50 Issue: 16 Pages: 9382-9396
  • DOI: 10.1093/nar/gkac699
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ミトコンドリアtRNA硫黄修飾の分子基盤を探る (2023)
  • Author(s): 谷 春菜
  • Organizer: ミトコンドリアサイエンスワークショップ2023
• [Presentation] ミトコンドリアtRNA硫黄修飾の分子基盤の解明 (2023)
  • Author(s): 谷 春菜
  • Organizer: 第46回 日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] tRNALeu(UUR)遺伝子に病原性変異を有する新規ミトコンドリア関連疾患モデルマウスの樹立および分子病理学的解析 (2023)
  • Author(s): 谷 春菜, 石川 香, 魏 范研, 中田 和人
  • Organizer: 第21回日本ミトコンドリア学会年会
• [Presentation] ミトコンドリア tRNA 硫黄修飾の分子基盤の解明 (2022)
  • Author(s): 谷 春菜, Raja Norazireen Raja Ahmad, 張 龍騰, 西村 明幸, 西田 基宏, 足達 俊吾, 魏 范研
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ミトコンドリアtRNALeu(UUR)遺伝子に病原性変異を有する新規ミトコンドリア関連疾患モデルマウスの樹立および分子病理学的解析 (2022)
  • Author(s): 谷 春菜, 石川 香, 魏 范研, 中田 和人
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] Exploring the molecular basis of mitochondrial tRNA sulfur modification (2022)
  • Author(s): Haruna Tani, Raja Norazireen, Raja Ahmad, Longteng Zhang, Akiyuki Nishimura, Motohiro Nishida, Fan-Yan Wei
  • Organizer: The 12th International NO Conference & The 22nd NOSJ
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 病原性変異型mtDNAを有する新規モデルマウスの樹立および病態解析 (2021)
  • Author(s): 谷春菜、石川香、玉城大敬、小笠原絵美、魏范研、安川武弘、松田盛、清水章文、康東天、林純一、中田和人
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Generation of novel trans-mitochondrial mice carrying mtDNA with a point mutation in tRNALeu(UUR) gene (2021)
  • Author(s): Tani H, Ishikawa K, Nakada K
  • Organizer: Mitochondrial Medicine: Therapeutic Development
  • Invited
• [Book] ミトコンドリア 疾患治療の新時代 (2023)
  • Author(s): 柳 茂、三牧 正和
  • Total Pages: 245
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758104098
• [Book] ミトコンドリアダイナミクス (2021)
  • Author(s): 石原直忠ほか82名
  • Total Pages: 458
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437466