Elucidation of molecular mechanism and universality of ribosome ubiquitin code

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03977
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 稲田 利文 東北大学, 薬学研究科, 教授 (40242812)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ユビキチン化 / リボソーム / 翻訳品質管理 / E3ライゲース / クライオ 電子顕微鏡 / リボソーム品質管理

Outline of Annual Research Achievements

細胞の保持する品質管理機構は、異常な遺伝子産物を認識し排除することで遺伝子発現の正確性を保証している。研究代表者は、翻訳停止に起因する品質管理機構を世界に先駆けて発見し分子機構の解明を進めている。昨年までに本研究課題で、翻訳品質管理の標的となる２つのリボソームが衝突して停滞した構造を、クライオ電顕で解明した(EMBO J, 2019)。内在性の停滞配列を世界で初めて発見し、その停滞メカニズムを、構造生物学や遺伝学や生化学的な手法で解明した (NSMB, 2020)。またヒトにおけるRQT複合体を同定した(Sci Rep, 2020)。今年度はRQCならびにリボソームユビキチン化の生理機能の解明を行なった。RQCの機能不全は進行性の神経変性と運動機能障害を引き起し、RQC因子の異常は神経筋疾患や自閉症の患者で確認されている。RQCの機能不全による細胞障害の原因にCATテイル化異常タンパク質の蓄積が関わることを明らかにした（Cell Rep. 2021a）。翻訳の伸長異常を感知する品質管理機構は、タンパク質合成の異常だけでなく、共翻訳的な配送異常も認識し排除する機構を解明した。タンパク質の凝集体形成やミトコンドリアの機能不全に繋がる分泌系タンパク質の配送異常を、RQCがタンパク質の合成段階で識別する予防的なしくみを明らかにした（Cell Rep. 2021b）。リボソームユビキチン化の生理機能について解析を行い、出芽酵母における小胞体ストレス時の新規な翻訳制御機構を発見し、E3ユビキチンライゲースNot4によるリボソームタンパク質eS7のユビキチン化が必須であることを明らかにした(Sci. Rep. 2020)。またmRNA安定性決定機構としてCcr4-NOTが翻訳伸長速度を感知して分解速度を決定する分子基盤を明らかにした（Science, 2020）。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Munich(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: University of Munich
• [Int'l Joint Research] Case Western Reserve University/University of California, Berkeley(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Case Western Reserve University/University of California, Berkeley
• [Journal Article] Failure to degrade CAT-tailed proteins disrupts neuronal morphogenesis and cell survival. (2021)
  • Author(s): Udagawa1†*, T., Seki1, M., Okuyama1, T., Adachi, S., Natsume, T., Noguchi, T., Matsuzawa, A., Inada, T.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 34 Pages: 108599
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108599
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The ribosome collision sensor Hel2 functions as preventive quality control in the secretory pathway (2021)
  • Author(s): Matsuo, Y.* and Inada, T.*
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 34(12) Pages: 108877
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.108599
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The nascent polypeptide in the 60S subunit determines the Rqc2-dependency of ribosomal quality control. (2021)
  • Author(s): Mizuno, M., Ebine, S., Shounai, O., Nakajima, S., Tomomatsu, S. Ikeuchi, K., Matsuo, Y., and Inada, T.*
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: 49(4) Pages: 2102-2113
  • DOI: 10.1093/nar/gkab005.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ccr4-Not monitors the translating ribosome for codon optimality. (2020)
  • Author(s): Buschauer, R.1, Matsuo, Y.1, Sugiyama, T., Chen, YH., Alhusaini, N., Sweet, T., Ikeuchi, K., Cheng, J., Matsuki, Y., Gilmozzi, A., Berninghausen, O., Becker, T., Coller, J.*, Inada, T.* and Beckmann, R.*
  • Journal Title: Science Volume: 368 Pages: 281
  • DOI: 10.1126/science.aay6912
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ribosomal protein S7 ubiquitination during ER stress in yeast is associated with selective mRNA translation and stress outcome (2020)
  • Author(s): Matsuki, Y., Matsuo, Y., Nakano, Y., Iwasaki, S., Yoko, H., Udagawa, T., Li, S., Saeki, Y., Yoshihisa, T., Tanaka, K., Ingolia. N. T. and Inada, T.*
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 10 Pages: 19669
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76239-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 異常新生ペプチド鎖に対する品質管理機構RQCの誘導調節機構の解明 (2020)
  • Author(s): 友松翔太
  • Organizer: 第19回次世代を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム2020
• [Presentation] 翻訳開始制御におけるリボソームユビキチン化の機能解析 (2020)
  • Author(s): 齋藤大志
  • Organizer: 第19回次世代を担う若手のためのファーマ・バイオフォーラム2020
• [Presentation] 異常翻訳停滞における翻訳制御機構の解明 (2020)
  • Author(s): 友松翔太
  • Organizer: 第59回日本薬学会東北支部大会
• [Presentation] mRNA品質管理機構NGDにおけるエンドヌクレアーゼCue2のドメイン解析 (2020)
  • Author(s): 渡邊 敦也
  • Organizer: 第59回日本薬学会東北支部大会
• [Presentation] Ribosome-associated Quality Control (RQC)におけるuS10のユビキチン修飾の制御機構 (2020)
  • Author(s): 友松翔太
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 60Sサブユニット内の新生鎖の特性が品質管理機構における RQC2依存性を決定する (2020)
  • Author(s): 海老根修平
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] RQC因子による翻訳終結の新規経路 (2020)
  • Author(s): 鹿野 真吏亜
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Ribosome collision sensor Hel2 as preventive quality control in the secretory pathway (2020)
  • Author(s): 稲田利文
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Mechanism of ribosome ubiquitination-mediated force quit of translation as preventive quality control in the secretory pathway (2020)
  • Author(s): 稲田利文
  • Organizer: CSHL 2020 Quality Control
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京大学医科学研究所RNA制御学分野
  • URL: http://www.inada-lab.ims.u-tokyo.ac.jp/publication/