Molecular basis for regulation of RQC by specific ribosome ubiquitination

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 19H05281
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 稲田 利文 東北大学, 薬学研究科, 教授 (40242812)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: リボソームユビキチン化 / 脱ユビキチン化 / リボソーム動態 / 翻訳品質管理 / リボソーム品質管理 / クライオ電子顕微鏡 / ユビキチン化 / リボソーム

Outline of Research at the Start

正確な翻訳伸長反応を保証するシステムとして、細胞は異常な翻訳伸長阻害を認識し排除する品質管理機構を保持している。研究代表者は、連続した塩基性配列を持った新生鎖が翻訳伸長反応を停止（翻訳アレスト）させる結果、新生鎖のユビキチン化とプロテアソームによる迅速な分解(RQC)を世界に先駆けて報告した。最近、E3ユビキチンライゲースRQT1が、特異的な翻訳停止状態のリボソームを認識し、リボソームタンパク質uS10をユビキチン化することが、翻訳品質管理の普遍的な分子機構であることを見出した。本公募研究では、RQCにおけるユビキチン化の新規機能の解明を目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹であり、その破綻や異常は様々な疾患の原因となる。細胞は異常な翻訳伸長阻害を認識し排除する品質管理機構を保持している。研究代表者は、連続した塩基性配列を持った新生鎖が翻訳伸長反応を停止させる結果、新生鎖のユビキチン化とプロテアソームによる迅速な分解(RQC)を世界に先駆けて報告した。E3ユビキチンライゲースRQT1が、特異的な翻訳停止状態のリボソームを認識し、リボソームタンパク質uS10をユビキチン化することが、翻訳品質管理の普遍的な分子機構である。本公募研究では、ユビキチン化によるRQCの新規制御機構として、ユビキチン化によるRQCの新規制御機構の解明を目的とする。本年度は、脱ユビキチン化酵素によるRQC促進機構を発見し、２つの脱ユビキチン化は独立な経路でRQCを促進することを明らかにした（投稿準備中）。また、次に、新規E3ユビキチンライゲースによるRQC抑制機構を解明した。RQCを抑制する機能を持つ新規E3ユビキチンライゲースのクリーニングを行い、候補因子を同定した。RQCにおける翻訳伸長途中でのサブユニット解離という新規反応を担うヒトRQT複合体を同定した(Sci Rep., 2020)。リボソームユビキチン化の生理機能について解析を行い、出芽酵母における小胞体ストレス時の新規な翻訳制御機構を発見し、E3ユビキチンライゲースNot4によるリボソームタンパク質eS7のユビキチン化が必須であることを明らかにした(BBRC, 2020; Sci. Rep. 2020)。またmRNA安定性決定機構としてCcr4-NOTが翻訳伸長速度を感知して分解速度を決定する分子基盤を明らかにした（Science, 2020）。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Case Western Reserve University/University of California, Berkeley(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Munich(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of Munich(ドイツ)
• [Journal Article] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality. (2020)
  • Author(s): Robert Buschauer*, Yoshitaka Matsuo* (*Co-first author), Takato Sugiyama, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Toshifumi Inada and Roland Beckmann.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Issue: 6488 Pages: 281-281
  • DOI: 10.1126/science.aay6912
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crucial role of leaky initiation of uORF3 in the downregulation of HNT1 by ER stress. (2020)
  • Author(s): Matsuki, Y., Saito, T., Nakano, Y., Hashimoto, S., Matsuo, Y. and Inada, T.*
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 528 Issue: 1 Pages: 186-192
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.04.104
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ribosomal protein S7 ubiquitination during ER stress in yeast is associated with selective mRNA translation and stress outcome (2020)
  • Author(s): Matsuki Yasuko、Matsuo Yoshitaka、Nakano Yu、Iwasaki Shintaro、Yoko Hideyuki、Udagawa Tsuyoshi、Li Sihan、Saeki Yasushi、Yoshihisa Tohru、Tanaka Keiji、Ingolia Nicholas T.、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 19669-19669
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76239-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] RQT complex dissociates ribosomes collided on endogenous RQC substrate SDD1 (2020)
  • Author(s): Matsuo Yoshitaka、Tesina Petr、Nakajima Shizuka、Mizuno Masato、Endo Akinori、Buschauer Robert、Cheng Jingdong、Shounai Okuto、Ikeuchi Ken、Saeki Yasushi、Becker Thomas、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 27 Issue: 4 Pages: 323-332
  • DOI: 10.1038/s41594-020-0393-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a novel trigger complex that facilitates ribosome-associated quality control in mammalian cells (2020)
  • Author(s): Hashimoto Satoshi、Sugiyama Takato、Yamazaki Reina、Nobuta Risa、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 3422-3422
  • DOI: 10.1038/s41598-020-60241-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stress- and ubiquitylation-dependent phase separation of the proteasome (2020)
  • Author(s): Yasuda Sayaka、Tsuchiya Hikaru、Kaiho Ai、Guo Qiang、Ikeuchi Ken、Endo Akinori、Arai Naoko、Ohtake Fumiaki、Murata Shigeo、Inada Toshifumi、Baumeister Wolfgang、Fernandez-Busnadiego Ruben、Tanaka Keiji、Saeki Yasushi
  • Journal Title: Nature Volume: 578 Issue: 7794 Pages: 296-300
  • DOI: 10.1038/s41586-020-1982-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京大学医科学研究所RNA制御学分野
  • URL: http://www.inada-lab.ims.u-tokyo.ac.jp