2022 Fiscal Year Annual Research Report
細胞内局所パラメトリック翻訳における物理化学的調節機構の解明
| Project Area | Parametric biology based on translation rate regulatory mechanism |
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| Project/Area Number |
20H05785
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
原田 慶恵 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (10202269)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡部 弘基 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (20455398)
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| Project Period (FY) |
2020-10-02 – 2023-03-31
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| Keywords | パラメトリック / 細胞内温度計測 / 細胞内局所加熱 / 翻訳速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、翻訳異常時だけでなく、定常的にmRNA-リボソーム複合体には種々の状態が存在し、翻訳速度がダイナミックに変動するパラメトリックな翻訳現象が示唆された。このことから、翻訳速度変化は翻訳異常への応答だけでなく、臨機応変かつ劇的な生命機能を担うと考えられている。しかし、細胞内局所において翻訳速度を制御する機構は不明である。翻訳は最大の細胞内エネルギー消費反応であることから、本研究では、翻訳速度に与える物理化学的機構として細胞内温度に着目し、細胞内局所のパラメトリックな翻訳速度調節の駆動力として細胞内局所での発熱および温度不均一性の関与を検証した。
前年度までに、蛍光性ポリマー温度センサーを用いた細胞内温度計測法を用いて翻訳が細胞内温度に与える影響を詳細に調査し、細胞内温度が翻訳に密接に関与することを見出した。本年度は、細胞内温度操作時の翻訳活性を検討した。まず、蛍光ナノダイヤモンドの化学修飾による効率的細胞内導入法を確立し、翻訳変調時の細胞内の局所温度計測や温度操作時のキャリブレーションを行った。次に、温度勾配を阻害した細胞内において翻訳活性を評価した。この結果、細胞内温度勾配阻害時に翻訳活性が著しく低下した。一方、赤外レーザーによる細胞内局所加熱時の翻訳活性の変化は検出できなかった。現状の加熱法である数マイクロメートルサイズの細胞質加熱では翻訳速度の変化は誘導できないと考えられる。さらに、温度シグナリングによる翻訳制御の生理的意義を解明するため、神経組織・細胞を用いて機能発現に伴う翻訳活性と細胞内温度の関係を調査した。特に、遺伝子発現の大きな変化を伴う神経分化において転写や翻訳が発熱を示すこと、また加熱により分化が促進されることを発見した。
以上の結果は、翻訳活性が温度シグナリングによる正の制御を受けること、さらにそれが神経分化等の生理的意義を有することを示している。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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