ケモテクノロジーを活用したリボソームユビキチンコードの解読と制御

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 21H00267
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松尾 芳隆 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (00725252)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: リボソーム / ユビキチン / 品質管理機構 / ユビキチン化 / 非典型的翻訳 / 品質管理 / 翻訳

Outline of Research at the Start

タンパク質の合成を司るリボソームの機能はmRNAに示された遺伝情報をタンパク質へ変換するという機械的なものとして認識されていたが、近年では、リボソーム自身のユビキチン化修飾によって制御される様々な生命現象が明らかになってきている。本研究では、リボソームのユビキチン化における部位特異的、かつユビキチン鎖特異的な作動機構の解明を目指す。さらにケミカルツールを利用し、ユビキチン鎖特異的な認識活性を人為的に制御する技術を確立することで、新たなユビキチン創薬の可能性を探る。

Outline of Annual Research Achievements

タンパク質の合成を司るリボソームの機能はmRNAに示された遺伝情報をタンパク質へ変換するという機械的なものとして認識されていたが、近年では、リボソー ム自身のユビキチン化修飾によって制御される様々な生命現象が明らかになってきている。本研究では、リボソーム上における異なる2つのユビキチン化: (1) 異常な翻訳停滞を解消する品質管理機構(RQC)におけるuS10のユビキチン化、(2) mRNAの安定 性を決定する分子機構におけるeS7のユビキチン化に注目し、リボソームのユビキチン化における部位特異的、かつユビキチン鎖特異的な作動機構の解明を進めた。
その結果、(1) 異常な翻訳停滞を解消する品質管理機構(RQC)におけるuS10のユビキチン化の識別機構を明らかにした。uS10上に形成されたK63型のユビキチン鎖は、RNAヘリカーゼ(Slh1)と２種類のユビキチン結合タンパク質(Cue3とRqt4)からなるRQT複合体によって識別されることを明らかにした。Cue3とRqt4は単独でK63型のユビキチン鎖に結合することが明らかになった。さらに、このユビキチン結合能がRQT複合体のコアタンパク質であるSlh1を衝突リボソームにリクルートするために必須であることを生化学的に証明した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Munich(ドイツ)
• [Journal Article] Decoding of the ubiquitin code for clearance of colliding ribosomes by the RQT complex (2023)
  • Author(s): Matsuo Yoshitaka、Uchihashi Takayuki、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 79-79
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35608-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural basis for clearing of ribosome collisions by the RQT complex (2023)
  • Author(s): Best Katharina、Ikeuchi Ken、Kater Lukas、Best Daniel、Musial Joanna、Matsuo Yoshitaka、Berninghausen Otto、Becker Thomas、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 921-921
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36230-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular basis of eIF5A-dependent CAT tailing in eukaryotic ribosome-associated quality control (2023)
  • Author(s): Tesina Petr、Ebine Shuhei、Buschauer Robert、Thoms Matthias、Matsuo Yoshitaka、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 83 Issue: 4 Pages: 607-621.e4
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.01.020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Co-Translational Quality Control Induced by Translational Arrest (2023)
  • Author(s): Matsuo Yoshitaka、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Biomolecules Volume: 13 Issue: 2 Pages: 317-317
  • DOI: 10.3390/biom13020317
• [Journal Article] Sensing of individual stalled 80S ribosomes by Fap1 for nonfunctional rRNA turnover (2022)
  • Author(s): Li Sihan、Ikeuchi Ken、Kato Misaki、Buschauer Robert、Sugiyama Takato、Adachi Shungo、Kusano Hideo、Natsume Tohru、Berninghausen Otto、Matsuo Yoshitaka、Becker Thomas、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 82 Issue: 18 Pages: 3424-3437
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2022.08.018
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A distinct mammalian disome collision interface harbors K63-linked polyubiquitination of uS10 to trigger hRQT-mediated subunit dissociation (2022)
  • Author(s): Narita Momoko、Denk Timo、Matsuo Yoshitaka、Sugiyama Takato、Kikuguchi Chisato、Ito Sota、Sato Nichika、Suzuki Toru、Hashimoto Satoshi,Machova Iva, Tesina Petr、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 6411-6411
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34097-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Two modes of Cue2-mediated mRNA cleavage with distinct substrate recognition initiate no-go decay (2022)
  • Author(s): Tomomatsu Shota、Watanabe Atsuya、Tesina Petr、Hashimoto Satoshi、Ikeuchi Ken、Li Sihan、Matsuo Yoshitaka、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 51 Issue: 1 Pages: 253-270
  • DOI: 10.1093/nar/gkac1172
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The decoding of ubiquitin-code for clearance of ribosome collision by RQT complex. (2022)
  • Author(s): Yoshitaka Matsuo, Toshifumi Inada.
  • Organizer: 第45回分子生物学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The decoding of ubiquitin-code for clearance of ribosome collision by RQT complex. (2022)
  • Author(s): Yoshitaka Matsuo, Takayuki Uchihashi, Toshifumi Inada
  • Organizer: The International Symposium in Tokyo 2022 "Ubiquitin New Frontier"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The ribosome collision sensor Hel2 functions as preventive quality control in the secretory pathway (2021)
  • Author(s): Yoshitaka Matsuo, Toshifumi Inada
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] 異常翻訳を標識するリボソームユビキチンコードの作動機構 (2021)
  • Author(s): 松尾芳隆 稲田利文
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited