ストレス環境における翻訳開始因子eIF2Bの活性阻害機構の解明

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K14644
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 柏木 一宏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60732980)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 翻訳開始 / 翻訳調節 / クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

eIF2BによるeIF2のリン酸化状態の識別機構の解明を目的として、eIF2B-リン酸化eIF2α複合体とeIF2B-非リン酸化eIF2α複合体との構造比較を行った。また、重要と思われる残基については変異体を作製し、マイクロスケール熱泳動を用いた解離定数の測定によって、生化学的側面からの検証を行った。これらのデータから、eIF2αのリン酸化残基自体はeIF2Bに直接的には認識されておらず、リン酸化に伴うeIF2α内の残基間相互作用の変化がeIF2Bによって認識されていることが示唆された。
また、eIF2のリン酸化がeIF2Bの交換活性の阻害をもたらす機構の解明を目的として、eIF2とeIF2Bの複合体についてクライオ電子顕微鏡による構造解析を試みた。非リン酸化eIF2とeIF2Bの複合体、リン酸化eIF2とeIF2Bの複合体の双方について、単粒子解析によって4Å台の分解能で構造解析に成功した。
非リン酸化eIF2とeIF2Bの複合体の構造では、eIF2Bによるヌクレオチド交換反応の中間状態が捉えられていると考えられ、反応機構についての知見が得られた。一方、リン酸化eIF2とeIF2Bの複合体の構造からは、リン酸化eIF2が非リン酸化eIF2とは全く異なる部位に結合することが明らかにされた。このリン酸化eIF2の結合状態からは、リン酸化eIF2自身に対する交換反応が阻害されるだけでなく、他の非リン酸化eIF2分子がeIF2Bへの結合することまでも阻害されていることが示唆された。これらの結果をもとに論文を執筆し、投稿を行った。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

eIF2Bに対するクライオ電子顕微鏡解析の条件検討から、eIF2-eIF2B複合体の構造解析まで到達することができた。その結果、eIF2のリン酸化に伴うeIF2Bへの相互作用の変化を構造レベルでの知見が得られた。このことから、当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

eIF2Bの活性を向上させる薬剤であるISRIBがどのような機序で作用しているのか、より高分解能のeIF2-eIF2B複合体構造をもとに解明を試みる。
また、eIF2-eIF5複合体に対するヌクレオチド交換反応の機構の解明のため、eIF2-eIF5-eIF2B複合体の調製法を確立し、構造解析を試みる。また、eIF2のリン酸化による阻害の解除機構について、ホスファターゼとの複合体の解析も標的とする。

Causes of Carryover

X線回折・クライオ電子顕微鏡のデータ処理と解析、そして論文執筆作業に大半を費やしたため、次年度使用額が生じた。次年度以降、新規構造解析標的の調製法の検討のための物品費、そして学会発表のための経費に充てる予定である。