2017 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of novel functions of nascent-chain in quality controls of mRNA and protein
| 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, 教授 (40242812)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長尾 翌手可 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 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 | 新生鎖 / リボソーム動態 / ユビキチン化 / peptidyl-tRNA / 翻訳伸長制御 / RISC |
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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(RQC: Ribosome-associated Quality Control)とmRNA切断機構である(No-Go Decay: NGD)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。平成28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を示した（論文発表済）。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
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
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（Matsuo et al Nature Communications, 2017）。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。長尾は、大腸菌細胞内に蓄積したpep-tRNAを全tRNA種について単離精製を行い、700以上のペプチド種を同定することに成功し、翻訳が進むにつれタンパク質合成の精度が高くなっていることが判明した。また、ミスデコーディングが生じると積極的にpep-tRNAの脱落が起き翻訳精度を保っていることを捉えることができた。
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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。翻訳異常を感知し異常mRNAとタンパク質の分解を引き起こす品質管理の分子機構の解明を目標に、平成30年度には以下の解析を行う。①特異的配列を持つ新生鎖による翻訳アレストを認識機構におけるHel2の機能解明：Hel2とリボソームの複合体構造をクライオ電顕によって解析する。ミュンヘン大のBeckmann研との共同研究については、精製とクロスリンク等の条件検討を進めて、Hel2の全体を含むリボソーム複合体の構造決定を目指す。②停滞したリボソームの解離因子の同定：RQCに必須な新規因子Rqt2/3/4を同定できたため、翻訳伸長停滞を認識機能について解析する。リボソームの解離に直接関与する可能性を検証する。③これまでに構築した試験管内系を用いて、植物のRISCに依存したリボソーム停止反応の詳細な機構を解析する。また、最近発見したRISC依存的なリボソーム停止の鍵となる補助因子が、植物の全体の翻訳にどのような影響を持つのかを調べるためにリボソームプロファイリングを行う。（研究分担者岩川博士担当）。④大腸菌を用いて細胞内のpeptidyl-tRNAを網羅的に解析する方法を確立したため、peptidyl-tRNAの単離解析を行い、デコーディング面からdrop offのメカニズム解明を目指す（研究分担者長尾博士担当）。⑤⑥RQC/NGD因子の発現低下による翻訳異常を示すmRNAの同定を進め、RQC/NGD因子の発現低下による行動異常の原因となる翻訳異常の実体を解明する。
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Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Ubiquitination of Stalled Ribosome Triggers Ribosome-associated Quality Control.2017
Author(s)
Matsuo, Y., Ikeuchi, K., Saeki, Y., Iwasaki, S., Schmidt, C., Udagawa, T., Sato, F., Tsuchiya, H., Becker, T., Tanaka, K., Ingolia, NT., Beckmann, R. and *Inada, T.
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 8
Pages: 159
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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