RNAエピジェネティックスと高次生命現象

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26220205
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20292782)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: RNA修飾 / N4アセチルシチジン / rRNA / リボソーム

Outline of Annual Research Achievements

N4アセチルシチジン（ac4C）は真核生物、バクテリア、アーキアのすべての生物のrRNAやtRNAに見られるRNA修飾であり、リボソームの生合成や遺伝暗号の正確な解読に寄与することが知られている。私たちはバクテリアtRNAにac4Cを導入するTmcAを発見し、ac4C形成にはアセチルCoAとATPを基質にすることなどを見出している(EMBO J. 2008)。今年度、私たちは、18S rRNAの1773位にac4Cが存在することを見出した。またTmcAの酵母ホモログであるKRE33が、この位置のac4C修飾酵素であることを明らかにし、RRA1と命名した。RRA1は必須遺伝子であり、温度感受性変異株の解析から、RRA1はrRNA前駆体のプロセシングおよび40Sサブユニットの成熟に必須であることを明らかにした。また組換えRRA1を用い、アセチルCoAとATP存在下で、ac4C1773を再構成することに成功した。さらに、RRA1は核内アセチルCoAの濃度を感知することで18S rRNAのプロセシングを制御する可能性を示した（JBC, 2014a, JBC誌のBEST of 2014を受賞)。さらに、RRA1のヒトホモログであるNAT10が18S rRNAの1842位にac4Cを導入することを示し、NAT10はrRNAのプロセシングおよび40Sサブユニットの生合成に重要な役割を担っていることを明らかにした(JBCb, 2014)。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、18S rRNAに存在するac4Cの修飾酵素RRA1/NAT10を同定し、二報の論文として報告した。最初の論文はJBC誌におけるRNA部門のBEST of 2014を受賞しており、この研究テーマにおける主導権を得たと考えている。すでに複数のグループから共同研究の依頼が来ており、今後この研究が大きく展開する可能性を感じている。

Strategy for Future Research Activity

新規のRNA修飾構造を同定し、生合成機構と機能解析を行う。tRNA中に見出された新規RNA修飾を同定するために、往復循環クロマトグラフィー法によるtRNA の単離精製とRNA-MS およびNMRを用いた修飾構造の解析を行う。特に、バクテリアtRNAおよび葉緑体tRNAから見出された新規修飾体の構造解析および生合成機構の解析を行う。
呼吸鎖異常症の原因遺伝子であるMTO1とGTPBP1はミトコンドリアtRNAのタウリン修飾酵素であることが予想されている。MTO1変異を持った患者由来細胞およびMTO1ノックアウトマウス由来のES細胞、さらにはCRISPR/Cas9でGTPBP1をノックアウトした細胞から、ミトコンドリアtRNAを単離し、タウリン修飾の有無を調べる。また、組換えMTO1とGTPBP1を用いたタウリン修飾の再構成実験にも挑戦する。GTPBP1ノックアウト細胞の表現型を調べることで、タウリン修飾の欠損が及ぼすミトコンドリアの機能異常を生化学的に解析する。　また私たちは、非症候性X連鎖知的障害の原因遺伝子であるFTSJ1が tRNA のメチル化修飾酵素であることを突き止めているが、実際に、FTSJ1の欠損によりタンパク質合成の異常を引き起こす可能性について検証を行う。
RRA1/NAT10はヒストンやチューブリンなどタンパク質のリジン残基をアセチル化する酵素であると言われてきたが、昨年度、私たちはRRA1/NAT10が18S rRNAをアセチル化しN4アセチルシチジン(ac4C)を形成するRNA修飾酵素であることを報告した。さらに、RRA1/NAT10は18S rRNAのプロセシングに必須であり、核内アセチルCoAの濃度を検知してリボソームの生合成を調節する因子である可能性を示した。今年度はさらに、RRA1/NAT10がtRNAのac4C修飾形成に関わる可能性について探求する。また、ケミカルバイオロジー的な手法とRNA-seqを組み合わせた手法を開発し、mRNAやncRNA上のac4C修飾の探索を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Iron-sulfur proteins responsible for RNA modifications (2015)
  • Author(s): Kimura, S. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research Volume: 1853 Pages: 1272-1283
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2014.12.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Defining fundamental steps in the assembly of Drosophila RNAi enzyme complex (2015)
  • Author(s): Iwasaki, S., Sasaki, H. M., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Tadakuma, H. and Tomari, Y.
  • Journal Title: Nature Volume: 521 Pages: 533-536
  • DOI: 10.1038/nature14254
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rectifier of aberrant mRNA splicing recovers tRNA modification in familial dysautonomia (2015)
  • Author(s): Yoshida, M., Kataoka, N., Miyauchi, K., Ohe, K., Iida, K., Yoshida, S., Nojima, T., Okuno, Y., Onogi, H., Usui, T., Takeuchi, A., Hosoya, T., Suzuki, T. and Hagiwara, M.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 112 Pages: 2764-2769
  • DOI: 10.1073/pnas.1415525112
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cdk5rap1-mediated 2-methylthio modification of mitochondrial tRNAs governs precise mitochondrial protein translation and contributes to myopathy in mice and humans (2015)
  • Author(s): Wei, F., Zhou, B., Suzuki, T., Miyata, K., Ujihara, Y., Takahashi, N., Xie, P., Michiue, H., Fujimura, A., Kaitsuka, T., Matsui, H., Koga, Y., Mohri, S., Suzuki, T., Oike, Y. and Tomizawa, K.
  • Journal Title: Cell Metabolism Volume: 21 Pages: 428-442
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2015.01.019
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A complete landscape of post-transcriptional modifications in mammalian mitochondrial tRNAs (2014)
  • Author(s): Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 42 Pages: 7346-7357
  • DOI: 10.1093/nar/gku390
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Discovery of the β-barrel-type RNA methyltransferase responsible for N6-methylation of N6-threonylcarbamoyladenosine in tRNAs (2014)
  • Author(s): Kimura, S., Miyauchi, K., Ikeuchi, Y., Thiaville, P.C., de Crecy-Lagard, and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 42 Pages: 9350-9365
  • DOI: 10.1093/nar/gku618
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A single acetylation of 18S rRNA is essential for biogenesis of the small ribosomal subunit in Saccharomyces cerevisiae (2014)
  • Author(s): Ito, S., Akamatsu, Y., Noma, A., Kimura, S., Miyauchi, K., Ikeuchi, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Pages: 26201-26212
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.593996
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Human NAT10 is an ATP-dependent RNA acetyltransferase responsible for N4-acetylcytidine formation in 18S rRNA (2014)
  • Author(s): Ito, S., Horikawa, S., Suzuki, T., Kawauchi, H., Tanaka, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 289 Pages: 35724-35730
  • DOI: 10.1074/jbc.C114.602698
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 5-Hydroxymethylcytosine Plays a Critical Role in Glioblastomagenesis by Recruiting the CHTOP-Methylosome Complex (2014)
  • Author(s): Takai, H., Masuda, K., Sato, T., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Suzuki, T., Koyama-Nasu, R., Nasu-Nishimura, Y., Katou, Y., Ogawa, H., Morishita, Y., Kozuka-Hata, H., Oyama, M., Todo, T., Ino, Y., Mukasa, A., Saito, N., Toyoshima, C., Shirahige, K. and Akiyama, T.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 9 Pages: 48-60
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.08.071
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Convergent evolution of AUA decoding in bacteria and archaea (2014)
  • Author(s): Suzuki, T. and Numata, T.
  • Journal Title: RNA Biology Volume: 11 Pages: 1586-1596
  • DOI: 10.4161/15476286.2014.992281
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Essential RNA acetyltransferase required for ribosome biogenesis and tRNA modification (2015)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: GRC on RNA editing and modification
  • Place of Presentation: Lucca, Italy
  • Year and Date: 2015-03-09
  • Invited
• [Presentation] RNA修飾の多彩な機能と疾患 (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 埼玉医科大学ゲノム医学研究センター学術集会
  • Place of Presentation: 埼玉医科大学ゲノム医学研究センター、埼玉県日高市
  • Year and Date: 2015-01-27
  • Invited
• [Presentation] Mitochondrial diseases caused by deficient tRNA modifications (2014)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: AussieMit2014
  • Place of Presentation: Perth, Australia
  • Year and Date: 2014-12-01
  • Invited
• [Presentation] A single acetylation of 18S rRNA regulates ribosome biogenesis by sensing cellular energy status (2014)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: Joint Australia and Japan RNA meeting (JAJRNA2014)
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 2014-11-05
  • Invited
• [Presentation] Biogenesis and function of cyclic t6A and derivatives (2014)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: 25th tRNA conference
  • Place of Presentation: Kyllini, Greece
  • Year and Date: 2014-09-22
  • Invited
• [Presentation] ヒトはなぜ病気になるのでしょう？～病気の原因を分子レベルで探る～ (2014)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 高校生のためのオープンキャンパス2014
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス、東京
  • Year and Date: 2014-08-06
  • Invited
• [Book] RNAの修飾欠損と疾患/ファルマシア (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉、浅野 奏、鈴木健夫
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 公益社団法人 日本薬学会