2015 Fiscal Year Annual Research Report
mRNAとタンパク質の品質管理機構における新生鎖の新規機能の解明
| Project Area | Nascent-chain Biology |
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26116003
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
稲田 利文 東北大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (40242812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 翌手可 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30588017)
岩川 弘宙 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (60710415)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 品質管理 / 新生鎖 / リボソーム / 翻訳異常 / ユビキチン化 / プロテアソーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
翻訳途上の新生ポリペプチド鎖（新生鎖）は、細胞全体の生命現象の制御と調節に重要な役割を果たす。研究代表者は、mRNA品質管理品質管理機構を解析し、異常なmRNA由来の新生ポリペプチド鎖の新規分解機構とmRNA切断における新生鎖の機能を明らかにした。本研究課題では、遺伝子発現の正確性を保証するmRNAとタンパク質の品質管理機構における、新生鎖の新規機能と新生鎖の運命決定機構の解明をめざし、以下の項目を解析する。①特異的配列を持つ新生鎖による翻訳アレストの分子機構、②翻訳アレストによる新生鎖分解とmRNA切断におけるE3ユビキチンライゲースHel2の機能解析、③フォールディングか分解かの新生鎖の運命決定機構とmRNA品質管理因子の機能。平成２６年度までに、翻訳伸長阻害が原因で起こるmRNA（NGD）と新生ポリペプチド鎖（RQC）の品質管理には、E3ユビキチンライゲースHel2による40Sリボソームタンパク質の特異的なユビキチン化が必須であることを見出した。平成２７年度には、ミュンヘン大学のRoland Beckmann博士との共同研究によりE3ユビキチンライゲースHel2と80Sリボソームとの複合体の構造をクライオ電顕により解析し、翻訳伸長の極めて特徴的な中間体がHel2に認識される可能性が強く示唆された。また、RQCに必須な新規因子RQT複合体を同定し、RQT複合体に含まれるユビキチン結合因子によるユビキチン認識がRQCに必須であることを見出した。研究分担者の長尾は、タンパク質N末端付近の翻訳精度維持機構を見出し、さらにdrop-offに影響するrRNA変異体ではその精度が低下することも明らかにした。研究分担者の岩川は、RISCによる切断または翻訳アレストを受けたmRNA上のリボソーム、および新生鎖のその後の運命を生化学的に解析する基盤となる動植物のセルフリー系を作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究代表者は2005年以降、一貫して翻訳伸長（タンパク質の合成途中）段階での異常を認識する品質管理機構を一貫して解析している。これまでに１）終止コドンを持たない異常mRNAでは3’末端のpoly(A)鎖まで翻訳が進行する結果、ポリリジン鎖が合成され、この連続した塩基性アミノ酸配列が翻訳伸長阻害とタンパク質の分解を引き起こすことを明らかにした。この発見を契機に、翻訳伸長阻害に起因する品質管理機構の分子機構の解明が急速に進んだ。RQCにおいては、翻訳伸長途中で停滞した80Sリボソームは、各サブユニットに解離し、60Sサブユニット上の新生ポリペプチド鎖（peptidyl-tRNA）がE3ユビキチンライゲースであるListerinによってユビキチン化された後にプロテアソームによって迅速に分解される分子機構が明らかになっている。本計画研究において研究代表者は、停滞した80Sリボソームに結合するE3ユビキチンライゲースであるHel2によるリボソーム上の標的因子のユビキチン化が必須であることを見出した。さらにミュンヘン大学のRoland Beckmann博士との共同研究によりE3ユビキチンライゲースHel2と80Sリボソームとの複合体の構造をクライオ電顕により解明し、翻訳伸長の極めて特徴的な中間体がHel2に認識される可能性が強く示唆する結果を得た。さらにRQCに必須な新規因子RQT複合体を同定し、RQT複合体に含まれるユビキチン結合因子によるユビキチン認識がRQCに必須であることを見出した。これらの知見はいずれも世界初の発見であり、翻訳伸長複合体の運命決定機構を解明のみでなく、ユビキチン化の全く新規な機能を解明した点でも特筆すべき研究成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は順調に進んでおり、大きな問題はない。平成２８年度の研究計画は以下である。
Hel2による翻訳アレストリボソームの特異的認識機構の解明：クライオ電顕によるHel2と80Sリボソームとの複合体解析に至適な精製条件を検討し、Hel2の全長構造を含んだHel2-80Sリボソームの構造を解明する。（２）翻訳アレストによる新生鎖分解とmRNA切断におけるE3ユビキチンライゲースHel2の機能解析：翻訳アレスト状態のリボソームをHel2が認識し品質管理へと導く機構を明らかにする。RQCに必須なHel2によるユビキチン化の標的因子の同定と機能解析が進んだため、NGDに必須なHel2のユビキチン化の標的因子の同定を進める。（３）翻訳アレストに起因するmRNAと新生鎖の品質管理機構の普遍性：①pタンパク質N末端付近の翻訳精度を担う因子や分子機構の解明。や②RISC（miRNA-Induced Silencing Complex）等による物理的なリボソームの阻害による品質管理機構を明らかにし、特異的な新生鎖による品質管理機構の普遍性を明らかにする。（４）フォールディングか分解かの新生鎖の運命決定機構とmRNA品質管理因子の機能：異常mRNA由来の異常新生鎖と相互作用し、分解かフォールディングかの運命を決定するシャペロン因子としてHsp90複合体を同定したため、分子機構を明らかにする。
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[Journal Article] FUS regulates AMPA receptor function and FTLD/ALS -associated behaviour via GluA1 mRNA stabilization.2015
Author(s)
Udagawa, T.*, Fujioka, Y.*, Tanaka, M., Honda, D., Yokoi, S, Riku, Y., Ibi, D., Nagai, T., Yamada, K., Watanabe, H., Katsuno, M., Inada, T., Ohno, K., Sokabe, M., Okado, H., Ishigaki, S., Sobue, G.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 6
Pages: 7098
DOI
Peer Reviewed
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