tmRNAによるトランス翻訳機構

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14035201
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 饗場 弘二 名古屋大学, 大学院理学研究科, 教授 (20025662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 姫野 俵太 弘前大学, 農学生命科学部, 助教授 (80208785)
• Keywords: tmRNA / トランス翻訳 / mRNA切断 / nonstop mRNA / リボソーム / 翻訳サーベイランス / リボソームの停滞 / レアコドン

Research Abstract

tmRNAはtRNAとmRNAの両方の性質を持つユニークな低分子RNAで、トランス翻訳において中心的な役割を果たしている。饗場グループはこれまでにリボソームの停滞がmRNAの切断を誘起し生じたnonstop mRNAがトランス翻訳の標的になることが明らかにしてきた。
今回、RFの活性または発現量の低下による終止コドンでのリボソームの停滞がmRNAの切断っを誘起し、したがってトランス翻訳の標的を産生することを発見した。また、アミノ酸飢餓条件下でmRNAの切断とトランス翻訳が起こることを明らかにした。さらに、セリン飢餓におけるmRNAの切断部位はserine codonに対応することを示した。すなわち、アミノ酸飢餓はリボソームの停滞を引き起こし、mRNAの切断を誘起すること、従って、tmRNAとリボソームによる品質管理機構は生理的ストレス条件下でも重要な役割を果たしていることが明らかになった。
姫野は、精製した翻訳因子を組み合わせることによって、in vitroにおいてトランス翻訳系を開発し、この系を用いて、tmRNA結合タンパク質として知られるS1タンパク質がペプチド転移反応および最初のコドンの解読には必要ないことを明らかにした。また、Fe(II)-BABEを用いたヒドロキラジカルプロービングを行い、AサイトおよびPサイトに1分子ずつ、合計2分子のSmpBがリボソームに結合することを明らかにした。さらに、SmpBのC末端領域は、リボソーム上のmRNAの通り道にそって、Aサイトでは上流方向に位置することを明らかにした。これらの結果は「tRNA+mRNAを分子擬態するタンパク質」および「アミノ酸をコードするタンパク質」というこれまでにない概念を提唱するものである。

Research Products

• [Journal Article] トランス・トランスレーションの分子メカニズム (2007)
  • Author(s): 姫野俵太, 栗田大輔, 高田一馬, 今野貴之, 塙(末次)京子, 竹本千重, 川添将仁, 横山茂之, 行木信一, 河合剛太, 武藤あきら
  • Journal Title: 生化学 79 Pages: 213-221
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [Journal Article] Reduced action of polypeptide release factors induces mRNA cleavage and tmRNA tagging at stop codons in Escherichia coli. (2007)
  • Author(s): Li, X., Teruaki Yokota, T., Ito, K., Nakamura, Y., Aiba, H.
  • Journal Title: Mol. Microbiol. 63 Pages: 116-126
• [Journal Article] In vitro trans-translation of Thermus thermophilus : Ribosomal protein S1 is not required for the early stage of trans-translation. (2007)
  • Author(s): Takada, K., Takemoto, C., Kawazoe, M., Konno, T., Hanawa-Suetsugu, K., Lee, S., Shirouzu, M., Yokoyama, S., Muto, A., Himeno, H.
  • Journal Title: RNA 13 Pages: 503-510
• [Journal Article] Base-pairing requirement for RNA silencing by a bacterial small RNA and acceleration of duplex formation by Hfq. (2006)
  • Author(s): Kawamoto, H., Koide, Y., Morita, T., Aiba, H.
  • Journal Title: Mol. Microbiol. 61 Pages: 1013-1022
  • Description: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein tagging at rare codons is caused by tmRNA action at the 3' end of nonstop mRNA generated in response to ribosome stalling. (2006)
  • Author(s): Li, X., Hirano, R., Tagami, H., Aiba, H.
  • Journal Title: RNA 12 Pages: 248-255
• [Journal Article] Translational repression is sufficient for gene silencing by bacterial small non-coding RNAs in the absence of mRNA destruction. (2006)
  • Author(s): Morita, T., Mochizuki, Y., Aiba, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 Pages: 4858-4863
• [Journal Article] Yeel, a novel protein involved in modulation of the activity of the glucose-phosphotransferase system in Escherichia coli K-12. (2006)
  • Author(s): Becker.A.K., Zeppenfeld, T., Staab, A., Seitz, S., Boos, W., Morita T., Aiba H., Mahr, K., Titgemeyer, F., Jahreis, K.
  • Journal Title: J Bacteriol. 188 Pages: 5439-5449
• [Journal Article] An RNA polymerase inhibitor, cyclothiazomycin B1, and its isomer. (2006)
  • Author(s): Hashimoto, M., Murakami, T., Funahashi, K., Tokunaga, T., Nihei, K., Okuno, T., Kimura, T., Himeno, H.
  • Journal Title: Bioorg. Med. Chem. 14 Pages: 8259-8270
• [Journal Article] トランストランスレーション (2006)
  • Author(s): 姫野俵太, 武藤あきら
  • Journal Title: 蛋白質核酸酵素(共立出版) 51(15) Pages: 2321-2327