Exploration of novel protein repertoires expanded by the regulation of translation elongation dynamics

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K16038
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Chadani Yuhei 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (30794383)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: リボソーム / 翻訳(タンパク質合成) / 新生ポリペプチド鎖 / ORF / フレームシフト

Outline of Final Research Achievements

Genetic information encoded within DNA is transcribed to messenger RNA (mRNA), which is then translated to polypeptide by the ribosome. In this study, we analyzed the nascent polypeptide sequence that modifies the open reading frame (ORF) of the ribosome by modulating the function of the ribosome and expresses multiple proteins in different forms from one mRNA. The results revealed that the destabilization of the ribosome complex induced by translation of consecutive negatively charged amino acid residues stochastically switches the reading frame of ribosome or prematurely terminates the translation. Above phenomenon is promoted by attenuation of translation elongation and is also reproduced on artificially reconstituted sequences.

Free Research Field

分子遺伝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一種類のmRNAからは一種類のタンパク質が発現することが、遺伝子発現の原則である。本研究では、そうした前提を覆す非典型的翻訳の一部について、その基本原理を明らかにし、様々な遺伝子発現にも波及しうることを示した。実際、リボソーム機能を制御しうる負電荷アミノ酸クラスターは生物種を問わず様々な遺伝子に高頻度に出現することから、翻訳段階での制御によって、生物は従来の想定を超えた複雑なプロテオームを形成している可能性がある。また非典型的翻訳はSARS-CoV-2の重要因子の発現にも寄与しており、翻訳制御の統合的理解は、現在あるいは将来人類が直面する様々な問題の解決策につながるものと考えている。