ペプチジルtRNAの脱落と新規翻訳制御機構の提唱

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Diversity and asymmetry achieved by RNA program
• Project/Area Number: 23112705
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鈴木 勉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (20292782)
• Keywords: ペプチジルtRNA / リボソーム / peptidyl-tRNA hydrolase / RNAマススペクトロメトリー / 新生ペプチド鎖 / ペプチド鎖脱出トンネル / 品質管理

Research Abstract

様々な生命現象を理解するためには遺伝子の発現制御機構を解き明かす必要がある。本研究では、RNAが関与する遺伝子発現調節機構に着目し、全く新しい翻訳制御機構を見出すことを主眼とする。タンパク質合成の伸張過程においてペプチジルtRNAが、しばしばリボソームから脱落することが知られている。脱落したペプチジルtRNAはpeptidyl-tRNA hydrolase(Pth)の作用により、ペプチド鎖が切り離され、tRNAが再生される。また、その際にリボソームもリサイクルされ、再び翻訳をやり直すと考えられる。本プロジェクトでは、ペプチジルtRNAの脱落が関与する翻訳の品質管理および翻訳制御機構の全容を解明することを目的としている。本年度は大腸菌pth温度感受性株からペプチジルtRNAを抽出し解析するための前処理技術を確立し、さらに当研究室で開発したRNAマススペクトロメトリー(RNA-MS)を活用することで、tRNAの末端アデノシンに結合したペプチド鎖を解析する方法を構築した。また、いくつかのペプチジルtRNAのペプチド鎖を解析することにより、具体的にどの遺伝子(mRNA)のどの位置から脱落したかを特定することに成功した。さらに、大腸菌Δ7rrn株に変異23S rRNAを導入した株を作成し、ペプチジルtRNAの脱落効率を調べたところ、ペプチド脱出トンネル近傍を構成する塩基の点変異でペプチジルtRNAの脱落が大きく亢進することを見出した。この結果は、新生ペプチド鎖とトンネル内壁との相互作用がペプチジルtRNAの保持に重要な役割を担っていることを示唆している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

細胞内で脱落しているペプチジルtRNAの解析に成功し、脱落しやすい遺伝子や配列的な特徴を明らかにすることができた。さらに、ペプチジルtRNAの脱落を誘発する23S rRNA上の点変異を見出した。この結果は初めてのdrop off変異を分離した成果として高く評価できる。

Strategy for Future Research Activity

生化学と遺伝学的な手法を組み合わせることで、ペプチジルtRNAの脱落にどのような因子が関わっているかを解明する。また、ペプチジルtRNAの脱落を起こしやすい配列を特定することで、ペプチジルtRNAの脱落が翻訳制御機構に関わっている可能性について検証する。

Research Products

• [Journal Article] Loss of snoRNA impairs ribosomal RNA modification and causes developmental defects in zebrafish (2012)
  • Author(s): Higa-Nakamine, S., Suzuki, T., Uechi, T., Chakraborty, A., Nakajima, Y., Nakamura, M., Hirano, N., Suzuki, T., Kenmochi, N.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Pages: 391-398
  • DOI: 10.1093/nar/gkr700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Base methylations in the double-stranded RNA by a fused methyltransferase bearing unwinding activity (2012)
  • Author(s): Kimura, S., Ikeuchi, Y., Kitahara, K., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: (In press)
  • DOI: 10.1093/nar/gkr1287
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular basis of dihydrouridine formation on tRNA (2011)
  • Author(s): Yu, F., Tanaka, Y., Yamashita, K., Suzuki, T., Nakamura, A., Hirano, N., Suzuki, T., Yao, M., Tanaka, I.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 108 Pages: 19593-19598
  • DOI: 10.1073/pnas.1112352108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of an archaeal tRNA modification enzyme TiaS complexed with tRNA^<Ile2> and ATP (2011)
  • Author(s): Osawa, T., Inanaga, H., Kimura, S., Terasaka, N., Suzuki, T., Numata T.
  • Journal Title: Acta Crystallograph Sect F Struct Biol Cryst Commun Volume: 67 Pages: 1414-1416
  • DOI: 10.1107/S1744309111034890
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of tRNA agmatinylation essential for AUA codon decoding (2011)
  • Author(s): Osawa, T., Kimura, S., Terasaka, N., Inanaga, H., Suzuki, T., Numata, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol Volume: 18 Pages: 1275-1280
  • DOI: 10.1038/nsmb.2144
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biogenesis of 2-agmatinylcytidine catalyzed by the dual protein and RNA kinase TiaS (2011)
  • Author(s): Terasaka, N., Kimura, S., Osawa, T., Numata, T., Suzuki, T.
  • Journal Title: Nature Struct Mol Biol Volume: 18 Pages: 1268-1274
  • DOI: 10.1038/nsmb.2121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Taurine-containing uridine modifications in tRNA anticodonsare required to decipher non-universal genetic codes in ascidian mitochondria (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Miyauchi, K., Suzuki, T., Yokobori, S., Shigi, N., Kondow, A., Takeuchi, N., Yamagishi, A., Watanabe, K.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Pages: 35494-35498
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.279810
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mitochondrial tRNAs : biogenesis, function, structural aspects and diseases (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Nagao, A., Suzuki, T.
  • Journal Title: Annu Rev Genet. Volume: 45 Pages: 299-329
  • DOI: 10.1146/annurev-genet-110410-132531
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficit of Lys-tRNA Modification by Cdkal1 Causes the Development of Type 2 Diabetes in Mice (2011)
  • Author(s): Wei, F., Suzuki, T., Watanabe, S., Kimura, S., Kaistuka, T., Fujimura, A., Matsui, H., Atta, M., Fontecave, M., Yamagata, K., Suzuki, T., Tomizawa, K.
  • Journal Title: J.Clin.Invest. Volume: 121 Pages: 3598-3608
  • DOI: 10.1172/JCI58056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Retrograde nuclear import of tRNA precursors is required for modified base biogenesis in yeast (2011)
  • Author(s): Ohira, T., Suzuki, T.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 108 Pages: 10502-10507
  • DOI: 10.1073/pnas.1105645108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Actin-binding protein ABP140 is a methyltransferase responsible for 3-methylcytidine at position 32 of tRNAs in Saccharomyces cerevisiae (2011)
  • Author(s): Noma, A., Yi, S., Katoh, T., Takai, Y., Suzuki, T., Suzuki, T.
  • Journal Title: RNA Volume: 17 Pages: 1111-1119
  • DOI: 10.1261/rna.2653411
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human mitochondrial diseases caused by lack of taurine-modification in mitochondrial tRNAs (2011)
  • Author(s): Suzuki, T., Nagao, A., Suzuki, T.
  • Journal Title: Wiley Interdiscip Rev RNA Volume: 2 Pages: 376-386
  • DOI: 10.1002/wrna.65
  • Peer Reviewed
• [Presentation] RNA modifications as naturally-selected chemical diversity involved in various biological processes (2011)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] ミトコンドリア脳筋症とtRNAのタウリン修飾欠損 (2011)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 第223回川崎医学会講演会
  • Place of Presentation: 倉敷(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] RNA修飾の多彩な機能と生命現象 (2011)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 宮崎大学医学部講演会
  • Place of Presentation: 宮崎(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] Biogenesis and function of 2-agmatinylcytidine found at the wobble position of archaeal tRNA^<Ile> (2011)
  • Author(s): Tsutomu Suzuki
  • Organizer: ISNAC2011第38回国際核酸化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-11
• [Presentation] RNAマススペクトロメトリー (2011)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: ヒューマンサイエンス財団セミナー
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-06
• [Presentation] RNA修飾の生合成から細胞内の化学反応を学ぶ (2011)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Organizer: 生体機能関連化学部会「若手フォーラム」
  • Place of Presentation: つくば(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-11
• [Presentation] マイクロRNAと核酸医薬のマススペクトロメトリー (2011)
  • Author(s): 鈴木勉
  • Place of Presentation: 箱根(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-11
• [Remarks]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/public/public01_231017_j.html
• [Remarks]
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/3819#more-3819