2020 Fiscal Year Annual Research Report
上流ORFが関与する細胞環境感知機構の解明とゲノム育種への応用
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19H02917
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
尾之内 均 北海道大学, 農学研究院, 准教授 (50322839)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | uORF / リボソーム / 環境応答 / 栄養応答 / 新生鎖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者はこれまでにシロイヌナズナにおいて、細胞内のMg濃度に応じて翻訳を制御するuORFペプチドを見出した。2020年度の研究では、このuORFペプチドの中のMg応答に重要なアミノ酸残基を同定するために、様々なアミノ酸残基を他のアミノ酸残基に置換してMg応答への影響を調べた。その結果、このuORFペプチドのC末端から5番目と10番目の残基がMgに応答した翻訳制御に特に重要であることを明らかにした。一方、これらの残基に対応するコドンを同義置換した場合にはMg応答への影響が見られなかったことから、これらのコドンの塩基配列ではなくアミノ酸残基がMg応答に重要であることが示された。また、このuORFペプチドがMgに応答して主要ORFの翻訳を抑制する際にシスに作用することを明らかにした。以前にこのuORFペプチドがuORFの終止コドンの位置でリボソームを停滞させることを示しており、そのことと今回の結果を考え合わせると、uORFにコードされる新生ペプチド鎖がリボソームの出口トンネル内で働いてMg濃度に応じた翻訳制御に関与することが示唆される。
研究代表者はこれまでにシロイヌナズナのゲノムから、AUG以外のコドンを開始コドンとする進化的に保存されたuORFを同定し、それらの非AUG開始型uORFの中で主要ORFの翻訳促進に関与するものを見出した。その非AUG開始型uORFと主要ORFの間には、進化的に保存された配列を持つAUG開始型uORFが存在する。2020年度の研究では、この非AUG開始型uORFとAUG開始型uORFの役割を一過的発現解析を用いて解析した。その結果、AUG開始型uORFにコードされるペプチドは主要ORFの翻訳を抑制し、非AUG開始型uORFはAUG開始型uORFによる翻訳抑制効果を緩和することによって主要ORFの翻訳を促進することが明らかになった。
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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
2020年度の成果の一つとして、非AUG開始型とAUG開始型の２つのuORFが関与する翻訳制御機構を見出した。ペプチド配列依存的に翻訳を抑制するAUG開始型uORFとその翻訳抑制効果を緩和する非AUG開始型uORFの組み合わせによる翻訳制御はこれまでに報告されておらず、初めての発見である。この研究成果を含む論文のプレプリントをbioRxivにて公開した (doi: https://doi.org/10.1101/2021.03.25.436978)。また、現在、その論文を国際学術誌に投稿中である。他のuORFの翻訳制御機構についても、「研究実績の概要」で研究成果の一部を述べたように順調に研究が進展している。一方、新型コロナ禍の影響で研究活動が長期間に渡って制限されたため、ゲノム編集を用いたuORFの破壊による作物育種については研究の進行が遅れた。そのことを差し引けば、上述のような発見もあり、全体的には研究がおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
Mgに応答して翻訳を制御するuORFについて、これまでの解析からそのuORFの機能欠損変異体では植物体のMg含量が増加しており、細胞内Mg恒常性に異常が生じていることが示唆された。このuORFによるMg恒常性維持機構をさらに明らかにするために、Mgトランスポーターの発現量や活性へのuORF機能欠損変異の影響について解析する。また、その他のuORFの中でストレスに応答した翻訳制御に関与するいくつかのuORFについて、それらの翻訳制御機構に関与する因子の遺伝学的探索を行う。
ゲノム編集を用いたuORF配列の破壊による作物育種については、引き続きイネとトマトの遺伝子のuORFを標的としたゲノム編集体の解析を進める。
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