2018 Fiscal Year Research-status Report
Regulation of individual tRNA genes, which enables the flexible tRNA repertoire in eukaryotic cells.
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17K07289
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
吉久 徹 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (60212312)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | tRNA遺伝子 / 同義遺伝子 / tRNAレパートリー / 転写制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
tRNAは、数の上では細胞内で最も豊富なRNA種で、真核生物では必要量を確保するため、同一のtRNAは多数の同義遺伝子から低分子RNA用のRNA polymerase III（Pol III）により転写される。翻訳効率を介してプロテオームを左右するtRNA組成は、コドンバイアスと呼ばれる生物種特有の同義コドンの使用頻度の偏りに対応して保たれると考えられてきたが、近年、環境や組織、発生段階でtRNA組成が変化することが明らかとなった。本計画では、出芽酵母を材料とした網羅的tRNA発現解析と系統的な同義tRNA遺伝子の改変実験により、こうしたtRNA組成変化を可能にするtRNAの遺伝子発現制御、特に、今まで想定されていなかったtRNA遺伝子の個別制御の実態を探る。
本年度は、昨年度構築したtRNA-TrpCCA（全6遺伝子座）の網羅的な欠失組み合わせ変異のうち、2遺伝子座のみ残して欠失させた変異（全15変異）のtRNA発現量を解析したところ、これらの間でtRNA-TrpCCAの発現量に差が無いことが明らかとなり、以前の実験から明らかとなっていたtRNA-TrpCCAの6同義遺伝子座間の機能差が、各遺伝子からのtRNAの産生量以外にあることが示された。
さらに、我々は、各tRNA種の絶対量の新規定量法を開発した。これにより、富栄養培地で対数増殖中の酵母のtRNA種が、0.030~0.73 pmol/μg RNAの範囲で存在することを明らかにした。酵母のtRNA量は各tRNA種の遺伝子数と高い相関を示すが、1遺伝子当たりの発現量はtRNA種間で最大5倍の開きがあった。また、単位RNA当たりのtRNA量は定常期になると対数増殖期のおよそ1.6~3.8倍に増えていた。こうした事から、出芽酵母では、数倍程度という狭い幅で生育環境に応じたtRNA種特異的な発現制御の存在が示された。
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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
tRNA遺伝子数の改変プロジェクトについては、tRNA-TrpCCAについて、遺伝子数を6から2まで減らした酵母株が比較的正常に生育できること、可能な組み合わせ15種類全てにおいてtRNA-TrpCCAの発現量がほぼ同じであることなどが明らかとなり、tRNA遺伝子の個性が単にその遺伝子からのtRNAの発現量だけで決まらないことが明らかとなった。こうした点、この方向での計画はほぼ順調だといえる。
tRNAの現存量の解析については、確立された新規tRNA絶対定量法によって、増殖を停止した定常期（C源枯渇期）に全RNAあたりのtRNA量が増加する際のtRNA種毎のばらつき情報等から、tRNA遺伝子あたりで見られることが期待できる発現制御の幅がある程度見積もられた。今後はこうした数倍前後の発現変化を可能にする機構の解明に移ることとなる。また、別のテーマでtRNAのノックダウン系の解析を進めているが、ここでもtRNAの発現量が3割程度に落ちると、生育や翻訳能力に影響の出る場合が明らかとなり、余り幅の大きくないtRNA発現制御で酵母の翻訳が制御されるという作業仮説と矛盾しない。他方、tRNA遺伝子のChIP解析については、2019年度に進めるintron配列を利用した個別tRNA遺伝子の転写量推定と並行して、引き続き進める必要がある。以上のことから、研究の進展は概ね順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度の計画におおむね全体の進捗に遅れはないので、当初の計画に従って研究を進める。特に、intronの配列の違いをもとにした各tRNA遺伝子の転写量の差異の検出を可能なtRNA遺伝子全体に広げる。また、tRNA-TrpCCAではtRNAの発現量以外に生育を左右する機能がtRNA遺伝子にあることが明らかとなったので、この理由について解析を進め論文発表を目指す。tRNAの絶対定量法の解析の中で、各種tRNAの絶対量が数倍の範囲で変化すること、さらには、tRNA種毎に増減の状態が異なることをもとに、この幅で行われる遺伝子発現制御機構を担う因子についても、解析を進める。
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