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Snapshot analysis of stop codon read-through by cryo-electron microscopy

Publicly Offered Research

Project AreaMultifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
Project/Area Number 21H05712
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (III)
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

田中 良和  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywordsストップコドンリードスルー / クライオ電顕 / リボソーム / リードスルー / ストップコドン
Outline of Research at the Start

タンパク質の翻訳はmRNAの開始コドンから終止コドンまでの遺伝情報に基づき正確にアミノ酸を繋いでタンパク質を合成する生命現象である。しかし、種々の先行研究により、必ずしも終止コドンでタンパク質合成が終結していないことがわかってきた(これをリードスルーとよぶ)。終止コドンのリードスルーは目的の長さよりも長いポリペプチド鎖を生じる翻訳エラーの一つといえるが、生体内ではこれを巧妙に利用している。本研究では、最新のクライオ電顕単粒子解析の手法を用いて終止コドンのリードスルーの瞬間を原子分解能で捉え、その分子機構の詳細を明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

タンパク質の翻訳はmRNAの開始コドンから終止コドンまでの遺伝情報に基づき正確にアミノ酸を繋いでタンパク質を合成する生命現象であるが、必ずしも終止コドンでタンパク質合成が終結していないことがわかってきた(これをリードスルーとよぶ)。本研究では、最新のクライオ電顕単粒子解析の手法を用いて終止コドンのリードスルーの瞬間を原子分解能で捉え、その分子機構の詳細を明らかにすることを目的とする。
前年度までにGFPをモデルに3種類の終止コドンのリードスルーについての知見を得てきたが、当該年度はGFP以外の可溶性タンパク質を用いてリードスルーの頻度についての知見を得た。その結果、GFPにおけるリードスルーと同様の特性が確認され、リードスルーという現象はタンパク質によらず、普遍的な現象であることが示された。また、終止コドンの位置とリードスルー活性についても、2つのタンパク質で共通の特性が確認され、OFR中での位置がリードスルー活性に強く影響することがわかった。リボソームのクライオ電顕単粒子解析については、Aサイトに終止コドンが結合した状態のリボソーム-mRNA-tRNA複合体の高分解能構造を決定することができ、Aサイトの終止コドンにコドン-アンチコドン対合を行うtRNAの密度を確認することができた。リードスルー産物の構造解析については、初期結晶を得ることができ、大型放射光施設でのX線回折実験により結晶学的パラメータを決定することができた。

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。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ベイラー大学(米国)

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  • [Int'l Joint Research] リヴィウ大学(ウクライナ)

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  • [Journal Article] Quick and Spontaneous Transformation between [3Fe_4S] and [4Fe_4S] Iron_Sulfur Clusters in the tRNA-Thiolation Enzyme TtuA.2023

    • Author(s)
      Ishizaka M, Chen M, Narai S, Tanaka Y, Ose T, Horitani M, Yao M.
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 24 Issue: 1 Pages: 833-833

    • DOI

      10.3390/ijms24010833

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A marine sponge-derived lectin reveals hidden pathway for thrombopoietin receptor activation2022

    • Author(s)
      Watari Hiromi、Kageyama Hiromu、Masubuchi Nami、Nakajima Hiroya、Onodera Kako、Focia Pamela J.、Oshiro Takumi、Matsui Takashi、Kodera Yoshio、Ogawa Tomohisa、Yokoyama Takeshi、Hirayama Makoto、Hori Kanji、Freymann Douglas M.、Imai Misa、Komatsu Norio、Araki Marito、Tanaka Yoshikazu、Sakai Ryuichi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7262-7262

    • DOI

      10.1038/s41467-022-34921-2

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The carbohydrate tail of landomycin A is responsible for its interaction with the repressor protein LanK2022

    • Author(s)
      Tsugita Atsushi、Uehara Shiro、Matsui Takashi、Yokoyama Takeshi、Ostash Iryna、Deneka Maksym、Yalamanchili Subbarao、Bennett Clay S.、Tanaka Yoshikazu、Ostash Bohdan
    • Journal Title

      The FEBS Journal

      Volume: - Issue: 19 Pages: 6038-6057

    • DOI

      10.1111/febs.16460

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ストップコドンリードスルーの分子機構解明2022

    • Author(s)
      田中良和
    • Organizer
      第22回日本蛋白質科学会年会
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  • [Presentation] タンパク質立体構造解析と質量分析の融合研究2022

    • Author(s)
      田中良和
    • Organizer
      日本プロテオーム学会2022年大会
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  • [Presentation] ヘモリシンの立体構造解析と構造情報を生かしたデザイン2022

    • Author(s)
      田中良和
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      分子ロボティクス研究会
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      田中良和
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      the 12th International Conference on the Biology, Chemistry and Therapeutic Applications of Nitric Oxide
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  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡単粒子解析を用いた、非結核性抗酸菌の薬剤耐性因子によるリボソーム解離機構の解明2022

    • Author(s)
      千足啄馬、高田希美、橋本翼、深野華子、山本健太郎、鈴木仁人、星野仁彦、横山武司、田中良和
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] クライオ電子顕微鏡単粒子解析による、リボソームを標的とするアミノ配糖体抗菌薬の微細構造差が生み出す阻害活性増強機構の解明2022

    • Author(s)
      浅野航佑、伴野詢太、鈴木仁人、横山武司、田中良和
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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    • Author(s)
      Atsushi Tsugita, Shiro Uehara, Takashi Matsui, Takeshi Yokoyama, Iryna Ostash, Maksym Deneka, Subbarao Yalamanchili, Clay S. Bennett, Bohdan Ostash, and YoshikazuTanaka
    • Organizer
      e-Asia Joint Symposium on “Marine Biodiversity as a Source of New Chemotypes”
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    • Int'l Joint Research
  • [Book] クライオ電子顕微鏡ハンドブック第4章14節 クライオ電子顕微鏡で見る、リボソームの「かたち」と「動き」2023

    • Author(s)
      伴野 詢太,田中 良和,横山 武司
    • Total Pages
      460
    • Publisher
      NTS
    • ISBN
      9784860438043
    • Related Report
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URL: 

Published: 2021-10-22   Modified: 2023-12-25  

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