2022 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms to detect and resolve abnormal translation
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22H00401
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
稲田 利文 東京大学, 医科学研究所, 教授 (40242812)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 翻訳品質管理機構 / 衝突リボソーム / リボソームユビキチン化 / 異常翻訳解消 / ストレス応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞の保持する品質管理機構は、様々な細胞内外の要因による遺伝子発現の異常を解消し、恒常性を維持する重要な機能を果たしている。研究代表者は、異常翻訳を認識し解消する翻訳品質管理機構RQC (Ribosome-associated Quality Control)の分子基盤を解析し、伸長途中で異常にリボソームが停止した場合、後続のリボソームが衝突して形成される「衝突リボソーム」が、異常翻訳の実体であることを見出した。本研究では、異常翻訳の感知応答システムと異常翻訳を解消するシステムの解明を目指して、３項目について解析を行い以下の原著論文を発表した。
①異常翻訳の実体解明：異常タンパク質のCATテール付加反応におけるeIF5Aの新規機能の解明(Petr, Ebine et al., Mol Cell 2023)。機能欠損リボソームを分解する品質管理機構18S NRDにおいて異常翻訳を認識する因子Fap1を同定し、異常翻訳の実体が単独で停滞したリボソームであることを示した(Li et al., Mol Cell 2022)。
②異常翻訳を感知し細胞応答を誘導するシステムの解析：哺乳類細胞の試験管内翻訳系を用いて衝突リボソームとZNF598によるユビキチン化、 RQT 複合体による解離反応を再現した。(Narita et al., Nat Communi 2022）。
③異常翻訳の解消機構の解析： RQT複合体が衝突リボソームを40S/60S各サブユニットに解離する反応を再現し、RQT複合体のATPaseヘリカーゼによるmRNA引っ張りモデルを提唱した(Best et al., Nat Communi 2023）。衝突リボソームのユビキチン鎖をRQT複合体が認識する過程を高速AMFに直接観察に成功した（Matsuo et al., Nat Communi 2023）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
翻訳品質管理機構の全容解明を目指し ①異常翻訳の実体、②異常翻訳を感知し細胞応答を誘導するシステム、③異常翻訳の解消機構、を解析し以下の研究成果を得た。
①異常翻訳の実体解明：RQC経路の最終段階で異常タンパク質にCATテールと呼ばれるタグ配列が付加される分子機構を出芽酵母の系を用いて解析し、eIF5Aの新規機能を明らかにした(Petr, Ebine et al., Mol Cell 2023)。機能欠損リボソームを分解する品質管理機構18S NRDにおいて異常翻訳を認識する因子Fap1を同定し、異常翻訳の実体が単独で停滞したリボソームであることをselective profiling とクライオ電顕によるFap1-80S構造決定により示した(Li et al., Mol Cell 2022)。
②異常翻訳を感知し細胞応答を誘導するシステムの解析：哺乳類細胞において、小胞体ストレス応答転写因子であるXBP1uでの翻訳停滞がRQCの標的になるため、試験管内翻訳系を用いて衝突リボソームとZNF598によるユビキチン化、 RQT 複合体による解離反応を再現した。RQCの初期反応が高度に保存されていることが明確になった(Narita et al., Nat Communi 2022）。
③異常翻訳の解消機構の解析： RQT複合体が衝突リボソームを40S/60S各サブユニットに解離する反応を再現し、RQT複合体のATPaseヘリカーゼによるmRNA引っ張りモデルを提唱した(Best et al., Nat Communi 2023）。また衝突リボソームセンサーが衝突リボソームに導入したユビキチン鎖をRQT複合体が認識する過程を高速AMFに直接観察に成功した（Matsuo et al., Nat Communi 2023）。
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| Strategy for Future Research Activity |
翻訳品質管理機構の全容解明を目指し ①異常翻訳の実体、②異常翻訳を感知し細胞応答を誘導するシステム、③異常翻訳の解消機構について、今年度は以下を明らかにする。
①異常翻訳の実体解明：RQC経路の最終段階で異常タンパク質にCATテールと呼ばれるタグ配列が付加される分子機構を哺乳類細胞の系を用いて解析し、疾患変異による欠損と表現型との関連を解析する。また、哺乳類細胞における機能欠損リボソームを分解する品質管理機構18S NRDの機能を解析する。
②異常翻訳を感知し細胞応答を誘導するシステムの解析：哺乳類細胞において、試験管内翻訳系を用いて衝突リボソームとZNF598によるユビキチン化、 RQT 複合体による解離反応を再現した。２つのユビキチン化部位(uS10とeS10)における機能分担が強く示唆されたため、各種変異細胞と試験管内再構成系を用いて、RQT 複合体による解離反応の実体を解明する。
③異常翻訳の解消機構の解析：哺乳類細胞において衝突リボソームのユビキチン鎖をRQT複合体が認識する過程を高速AFM等で観察する。衝突リボソームの脱ユビキチン化反応の分子機構と衝突リボソーム解消における機能を解明する。
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