2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study of mRNA translation in immune system
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19H03488
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三野 享史 京都大学, 医学研究科, 助教 (60646149)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自然免疫 / サイトカイン / 転写後制御 / 翻訳 / mRNA分解 / Regnase-1 / UPF1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，免疫におけるmRNAの翻訳制御機構の解明を目的としている。これまでの研究より，RNA分解酵素Regnase-1は翻訳が生じている免疫関連mRNAの分解を誘導することが分かっているが，本年度は，主にRegnase-1を介したmRNA翻訳制御機構に関して研究を進めた。近接依存性ビオチン標識法であるBioID法により，Regnase-1と相互作用する新規制御因子としてタンパク質翻訳に関わるPABPC1が検出された。このRegnase-1とPABPC1との相互作用は，RNA非依存的で，タンパク質翻訳非依存であった。更に，PABPC1をRegnase-1の標的mRNAにテザーした結果，PABPC1のテザーによりRegnase-1によるmRNAの分解が促進していた。加えて，テザーしたPABPC1はRegnase-1と標的mRNAの結合も促進した。これらの結果は，PABPC1はRegnase-1の標的mRNAへの結合を促進することでRegnase-1による標的mRNAの分解を促進していることを示唆している。PABPC1はmRNAのPoly(A)鎖に結合して翻訳を促進している事がよく知られている。そこで，Poly (A)鎖の長さとRegnase-1の機能の関係性について検討した。その結果，Poly (A)鎖が長くなるほどタンパク質翻訳効率は大きくなるが，その一方で，Regnase-1による標的mRNAの分解も受けやすくなることが分かった。以上の結果より，本年度の研究では，Regnase-1の新規相互作用因子としてPABPC1を同定し，PABPC1が多く結合してタンパク質翻訳がより効率的に生じているmRNAはRegnase-1とPABPC1の相互作用により，Regnase-1による分解を受けやすくなっており，タンパク質翻訳の素早いシャットダウンが生じている事が明らかとなった。
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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
昨年度までの研究で，Regnase-1による翻訳初期段階のパイオニアラウンド翻訳のmRNA分解が，迅速に炎症性mRNAの翻訳状態を解消し，素早くそして効率的に炎症の終結を誘導していることを明らかにした。このRegnase-1によるmRNA分解を介した素早い翻訳阻害が，1分子のmRNAから生成される炎症性サイトカインなどの蛋白質の発現量を低く制限することで，免疫を厳密に制御していることを解明した。更に，RNAヘリカーゼUPF1が標的mRNA上に存在するステムループRNAの構造をほどくことで，Regnase-1による炎症性サイトカインのmRNA切断が開始されることを解明した。また，SMG1と呼ばれるキナーゼによるUPF1のリン酸化がRegnase-1とUPF1の安定的な相互作用およびRegnase-1によるRNA分解に必要であることを明らかにした。以上の研究成果を国際学術論文NARに発表している。本年度は，更にRegnase-1を介した炎症性サイトカインmRNAの翻訳制御メカニズムについて研究を進めた。BioID法により，Regnase-1と相互作用するタンパク質としてタンパク質翻訳に関わるPABPC1を同定した。そして，PABPC1はRegnase-1の標的mRNAへの結合を強くすることで，Regnase-1による標的mRNAの分解の分解を促進していることが分かった。また，Poly (A)鎖が長くなるほどRegnase-1による標的mRNAの分解も受けやすくなることが分かった。以上の結果より，本年度の研究では，PABPC1の結合によりタンパク質翻訳がより効率的に生じているmRNAはRegnase-1とPABPC1の相互作用により，Regnase-1による分解を受けやすくなっており，タンパク質翻訳の素早いシャットダウンが生じている事が明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果により，PABPC1がRegnase-1と結合し，免疫関連mRNAの分解に関わることが明らかとなった。今後は，どのようにPABPC1がRegnase-1と結合して，Regnase-1による標的mRNA切断を制御しているかを検討する。すなわち，Regnaee-1のPABPC1結合領域およびPABPC1のRegnase-1結合領域を同定する。更に，免疫刺激によりRegnase-1とPABPC1の結合が変化するかどうかも検討する。また，PABPC1がRegnase-1のRNA分解能に影響を及ぼすかどうかをin vitro RNA切断実験により検討する。
また，新たな免疫システムにおけるmRNAの翻訳制御機構を解明するために，これまでの研究で免疫のRNA制御に関わることが知られているRNA結合蛋白質(Regnase-1, UPF1, Roquin, TTPなど)と相互作用する蛋白質を近接依存性ビオチン標識法であるBio-ID法により更に検討する。そして，同定された新規制御因子をノックアウトあるいはノックダウンして，免疫関連mRNAの分解および翻訳にどのように関わるかを検討する。
更に，昨年度の研究成果より，UPF1によるRNA構造変化がRegnase-1によるRNA切断のスイッチとなっていることが明らかとなった。これは，免疫関連mRNAの構造変化がその分解および翻訳の制御に重要であることを示唆している。そこで，免疫応答における免疫関連mRNAの構造変化を解析して，免疫制御におけるRNA構造変化の重要を検討する。
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