出芽酵母における翻訳停滞に起因する品質管理機構の誘導メカニズムの解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K06481
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松尾 芳隆 東北大学, 薬学研究科, 助教 (00725252)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: リボソーム / ユビキチン化 / 品質管理

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子発現の異常は生命の根幹を揺るがす問題であり、多くの疾患の原因になっている。そのため、細胞は遺伝子発現の過程で生じた異常産物を認識・分解する様々な仕組みを備えている。
翻訳停滞に起因する品質管理機構は、翻訳伸長の停滞を異常と認識し、その産物を分解する機構である。翻訳停滞とは、翻訳の伸長速度が著しく低下した状態をさし、連続したレアコドンや、合成された新生ペプチド鎖中の塩基性アミノ酸とリボソームトンネル内の強い相互作用などによって生じる。この状況下では、一定の割合で翻訳の強制終了を意味するリボソームのサブユニット解離が起こり、途中まで合成されたペプチド鎖は解離後の60Sサブユニット上に保持される。保持された新生ペプチド鎖は、E3ユビキチンリガーゼであるLtn1によってユビキチン化され、プロテアソームによって分解される。
停滞したリボソームを認識し、終止コドン非依存に解離させる過程は、一連の反応を誘導するか否かを決定する重要なステップである。我々は品質管理機構を誘導させる最初のステップとして、E3ユビキチンリガーゼであるHel2によるリボソームタンパク質uS10のユビキチン化が必須であることを発見した。一方で、翻訳の伸長速度はmRNAの安定性や新生ペプチド鎖の折りたたみとも密接に関わっており、翻訳伸長速度の低下が必ずしも異常な翻訳というわけではなく、Hel2がどのようにして翻訳停滞の異常と正常を区別するのか、また、その後の終止コドン非依存のサブユニット解解はどのようにしておこるのか、という点については不明なままであった。
そこで本研究では、異常な翻訳停滞を識別する分子機構、ならびにその後の終止コドン非依存型サブユニット解離機構の解明を目指す。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、翻訳停滞からリボソームのサブユニット解離までの一連の反応を試験管内で再構成することで詳細な分子機構の解明を目指している。
今年度は、強い翻訳停滞を引きおこす内在性配列の探索を試みた結果、強い翻訳停滞を引き起こし、品質管理機構の対象となるSDD1遺伝子の同定に成功した。次に、無細胞タンパク質合成系を用いて、SDD1 mRNA上での翻訳停滞の再構築に成功した。

Strategy for Future Research Activity

本研究では、翻訳停滞からリボソームのサブユニット解離までの一連の反応を試験管内で再構成することで詳細な分子機構の解明を目指している。
これまでに、強い翻訳停滞を引き起こす内在性配列をSDD1遺伝子に見出し、その配列を用いて試験管内で強い翻訳停滞を再現することに成功している。そこで今後は、Hel2によるユビキチン化反応、続いてそのユビキチン化に依存したサブユニット解離の再現を試みる。

Research Products

• [Journal Article] RQT complex dissociates ribosomes collided on endogenous RQC substrate SDD1 (2020)
  • Author(s): Matsuo Yoshitaka、Tesina Petr、Nakajima Shizuka、Mizuno Masato、Endo Akinori、Buschauer Robert、Cheng Jingdong、Shounai Okuto、Ikeuchi Ken、Saeki Yasushi、Becker Thomas、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 27 Pages: 323-332
  • DOI: 10.1038/s41594-020-0393-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality. (2020)
  • Author(s): Robert Buschauer*, Yoshitaka Matsuo* (*Co-first author), Takato Sugiyama, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Toshifumi Inada and Roland Beckmann.
  • Journal Title: Science Volume: 368 Pages: eaay6912
  • DOI: 10.1126/science.aay6912
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] RQT complex dissociates ribosomes collided on endogenous RQC substrate (2019)
  • Author(s): 松尾芳隆
  • Organizer: 第21回日本RNA学会年会