RNAエピジェネティックスと高次生命現象

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26220205
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20292782)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: RNA修飾 / リボソーム / tRNA

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではRNA修飾が関与する生命現象を明らかにするとともに、RNA修飾病の発症機構を解明することを目的とする。
バクテリアリボソームの生合成において、数あるrRNA修飾のうち、RlmEによる23S rRNA上のたった一か所のメチル化修飾(Um2552)が、45S前駆体から50Sサブユニットへの成熟を促進する役割があることを示した(Arai et al., 2015)。これまで、非酵素的なリボソーム粒子のアッセンブリーについてはたくさんの研究がなされてきたが、この成果は、アッセンブリー因子の酵素活性によってリボソーム生合成の一部を再現した初めての知見であり、この分野の進展に大きなインパクトを与えた。また、このメチル化の修飾率が変化することで、リボソームの生合成が調節されるという非常に興味深い知見を得ている。この成果はこれまでにstaticでstableと考えられていたRNA修飾が、細胞内のメタボライト濃度を感知してダイナミックに変化することで、様々な生命現象に関わるという全く新しい概念を提唱するものである。
tRNAのアンチコドンには多様な修飾が存在し、遺伝暗号の解読に重要な役割を担っている。私たちは、バクテリアtRNAのアンチコドンに存在する5-メトキシカルボニルメトキシウリジン(mcmo5U)の末端メチル化酵素CmoMを同定し、生育相依存的なメチル化修飾の変動を見出した。またこの過程で、新規の修飾塩基である5-methoxycarbonylmethoxy-2’-O-methyl-uridine (mcmo5Um)を発見した。これらの成果はNucleic Acids Research誌に掲載され、上位1～2%の論文に与えられるBreakthrough Articleに選定された（Sakai et al., Nucleic Acids Res, 2016）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

RNA修飾の解析と生合成機構の研究に関しては、予想以上の成果が得られたと自己評価している。リボソーム50Sサブユニットの後期アッセンブリー過程において、RlmEによる23S rRNAのたった一か所のメチル化修飾(Um2552)が45S前駆体から50Sサブユニットへの成熟を促進する役割があることを示した（Arai et al., 2015）。これまでに非酵素的なリボソーム粒子のアッセンブリーは多くの研究がなされてきたが、この成果は、アッセンブリー因子の酵素活性によってリボソーム生合成の一部を再現した初めての知見であり、この分野の進展に大きなインパクトを与えた。また、様々な生育条件で細胞内AdoMet濃度が変化した際に、このメチル化が変動することで、リボソームの生合成が調節されるという非常に興味深い知見を得ている。この成果はrRNA修飾が、細胞内のメタボライト濃度を感知してダイナミックに変化することを示唆し、エピトランスクリプトーム研究に全く新しい概念を提唱するものである。
さらに、新規メチル化酵素CmoMの同定と、新規の修飾塩基mcmo5Umを発見した成果はNucleic Acids Research誌に掲載され、上位1～2%の論文に与えられるBreakthrough Articleに選定された。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた成果をさらに発展させるとともに、新規RNA修飾構造の同定やRNA修飾酵素の探索に注力する。また、細胞内メタボライトを感知して変動するRNA修飾についての解析を進める。私たちは、呼吸鎖異常症の原因遺伝子であるMTO1とGTPBP1がミトコンドリアtRNAのタウリン修飾酵素であることが明らかにしている。これらの遺伝子に変異を持った患者由来細胞やノックアウトマウスの解析を行うことで、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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Lodz University of Technology(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: Lodz University of Technology
• [Int'l Joint Research] Ohio State University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Ohio State University
• [Int'l Joint Research] 浙江大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 浙江大学
• [Int'l Joint Research] Queen's University(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: Queen's University
• [Int'l Joint Research] Ben-Gurion University of the Negev(イスラエル)
  • Country Name: ISRAEL
  • Counterpart Institution: Ben-Gurion University of the Negev
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] A comprehensive genomic analysis reveals the genetic landscape of mitochondrial respiratory chain complex deficiencies (2016)
  • Author(s): Kohda et al.
  • Journal Title: PLOS Genetics Volume: 12 Pages: e1005679
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1005679
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biogenesis and growth phase-dependent alteration of 5-methoxycarbonylmethoxyuridine in tRNA anticodons (2016)
  • Author(s): Sakai, Y., Miyauchi, K., Kimura, S. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 44 Pages: 509-523
  • DOI: 10.1093/nar/gkv1470
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification and Functional Analysis of the Pre-piRNA 3' Trimmer in Silkworms (2016)
  • Author(s): Izumi, N., Shoji, K., Sakaguchi, Y., Honda, S., Kirino, Y., Suzuki, T., Katsuma, S. and Tomari, Y.
  • Journal Title: Cell Volume: 164 Pages: 962-973
  • DOI: 10.1016/j.cell.2016
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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] Transcriptome-wide identification of adenosine-to-inosine editing using the ICE-seq method (2015)
  • Author(s): Suzuki, T., Ueda, H., Okada, S. and Sakurai, M.
  • Journal Title: Nature Protocol Volume: 10 Pages: 715-732
  • DOI: 10.1038/nprot.2015.037
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biochemical and transcriptome-wide identification of A-to-I RNA editing sites by ICE-seq (2015)
  • Author(s): Okada, S., Sakurai, M., Ueda, H. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Methods in Enzymol Volume: 560 Pages: 331-353
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2015.03.014
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nucleoside analysis by hydrophilic interaction liquid chromatography coupled with mass spectrometry (2015)
  • Author(s): Sakaguchi, Y., Miyauchi, K., Kang, B. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Methods in Enzymol Volume: 560 Pages: 19-28
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2015.03.015
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ribosomal RNA methyltransferases contribute to Staphylococcus aureus virulence (2015)
  • Author(s): Kyuma, T., Kimura, S., Hanada, Y., Suzuki, T., Sekimizu, K. and Kaito, C.
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: 282 Pages: 2570-2584
  • DOI: 10.1111/febs.13302
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] RlmCD-mediated U747 methylation promotes efficient G748 methylation by methyltransferase RlmAII in 23S rRNA in Streptococcus pneumoniae; interplay between two rRNA methylations responsible for telithromycin susceptibility (2015)
  • Author(s): Shoji, T., Takaya, A., Sato, Y., Kimura, S., Suzuki, T. and Yamamoto, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 43 Pages: 8964-8972
  • DOI: 10.1093/nar/gkv609
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Destabilization of microRNA-122 in human cells by 3’ deadenylation mediated by PARN and CUGBP1 (2015)
  • Author(s): Katoh, T., Hojo, H. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 43 Pages: 7521-7534
  • DOI: 10.1093/nar/gkv669
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Single methylation of 23S rRNA triggers late steps of 50S ribosomal subunit assembly (2015)
  • Author(s): Arai, T., Ishiguro, K., Kimura, S., Sakaguchi, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 112 Pages: E4707-E4716
  • DOI: 10.1073/pnas.1506749112
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regulation of gene expression via retrotransposon insertions and the noncoding RNA 4.5S RNAH (2015)
  • Author(s): Ishida, K., Miyauchi, K., Kimura, Y., Mito, M., Okada, S., Suzuki, T. and Nakagawa, S.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 20 Pages: 887-901
  • DOI: 10.1111/gtc.12280
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Pre-tRNA capping in yeast and mammals (2016)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: IBS-CNRS Joint RNA Symposium
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-03-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RNA修飾の多彩な機能と疾患 (2016)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 国際高等研究所プロジェクト「生命活動を生体高分子への修飾から俯瞰する」平成27年度研究会
  • Place of Presentation: 国際高等研究所、京都府木津川市
  • Year and Date: 2016-02-09
  • Invited
• [Presentation] RNAから病気の原因を探る (2016)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 東京大学化学生命工学専攻公開講座「化学生命工学―未来への挑戦－」
  • Place of Presentation: 東京大学本郷キャンパス、東京都文京区
  • Year and Date: 2016-01-23
  • Invited
• [Presentation] Post-transcriptional modifications in human mitochondrial tRNAs associated with pathological consequences (2015)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: MitoClub
  • Place of Presentation: Cologne, Germany
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular pathogenesis of mitochondrial disease caused by tRNA modification deficiency (2015)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: 12th Conference of the Asian Society of Mitochondrial Research and Medicine (ASMRM)
  • Place of Presentation: Zhejiang, China
  • Year and Date: 2015-11-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular pathogenesis of mitochondrial disease caused by tRNA modification deficiency (2015)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: MitoCross Symposium 2015: mitochondria at the crossroad
  • Place of Presentation: Strasbourg, France
  • Year and Date: 2015-09-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RlmE-mediated methylation of 23S rRNA triggers late steps of 50S ribosomal subunit assembly (2015)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: EMBO Conference on Ribosome Synthesis
  • Place of Presentation: Brussels, Belgium
  • Year and Date: 2015-08-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA修飾の多彩な機能と疾患 (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 名古屋市立大学薬学会特別講演会
  • Place of Presentation: 名古屋市立大、愛知県名古屋市
  • Year and Date: 2015-06-04
  • Invited
• [Presentation] 質量分析装置(MS)を使いこなす－核酸の修飾を見る－ (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 高知大学ESPO 教育プログラム
  • Place of Presentation: 高知大学、高知県高知市
  • Year and Date: 2015-06-03
  • Invited
• [Presentation] RNA修飾の生合成と機能―硫黄代謝との関連を中心に― (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉
  • Organizer: 文部科学省 新学術領域研究（研究領域提案型）「酸素生物学」「第２回新学術領域技術支援セミナー」
  • Place of Presentation: 東北大学医学部、宮城県仙台市
  • Year and Date: 2015-04-30
  • Invited
• [Book] RNAの修飾欠損と疾患 (2015)
  • Author(s): 鈴木 勉、浅野 奏、鈴木健夫
  • Total Pages: 5
  • Publisher: ファルマシア(日本薬学会)
• [Book] 転写後過程におけるmiRNAの制御 (2015)
  • Author(s): 北條広朗、八代悠歌、鈴木 勉、
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 実験医学(増刊)(羊土社)
• [Remarks] 鈴木研究室
  • URL: http://rna.chem.t.u-tokyo.ac.jp/index.html