| Project Area | Multifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World |
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| Project/Area Number |
20H05925
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (III)
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
田口 英樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40272710)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥196,950,000 (Direct Cost: ¥151,500,000、Indirect Cost: ¥45,450,000)
Fiscal Year 2022: ¥34,970,000 (Direct Cost: ¥26,900,000、Indirect Cost: ¥8,070,000)
Fiscal Year 2021: ¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000)
Fiscal Year 2020: ¥59,150,000 (Direct Cost: ¥45,500,000、Indirect Cost: ¥13,650,000)
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| Keywords | タンパク質 / リボソーム / 非典型的な翻訳 / 翻訳バイパス / RAN翻訳 / 翻訳 / 新生ポリペプチド鎖 |
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| Outline of Research at the Start |
本計画研究では、非典型的な翻訳の普遍性、分子機構、細胞内での動態、機能などを解析することで、マルチファセットなタンパク質の世界の一端を解明することを目的として以下の研究を実施する。研究１．新生鎖に依存したリボソーム不安定化の普遍性と分子機構。本年度は、翻訳途中終了の大腸菌での分子機構解析、真核生物への拡張とその分子機構を調べる。研究２．非典型的な翻訳から産まれるタンパク質の多様性。本年度は、大腸菌で見つかった翻訳バイパス現象の特徴付けを行う。研究３．非典型的な翻訳過程の分子機構。本年度は、非典型的な翻訳として塩基リピート病に関連した非ATG翻訳の再構成系や生細胞内での可視化技術を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は目的達成のために以下のような研究を推進した。【研究１】新生鎖に依存したリボソームの不安定化（IRD）の分子機構を大腸菌で解析した。具体的には、N末端側に負電荷アミノ酸に富んだ配列（D/Eリッチ配列）があるとIRDが起こるのに、D/Eリッチ配列の前に数十アミノ酸が翻訳されるとIRDが起こりにくくなる分子機構を詳細に調べた。種々の解析の結果、D/Eリッチ配列の翻訳時にIRDが起こらないように防御する機構として、1）リボソーム新生鎖トンネル（30アミノ酸程度を格納）にある新生鎖が長ければ長いほど（長さ依存）、またペプチド転移中心付近の新生鎖のファンデルワールス半径が大きいほど（かさ高さ依存）、IRDが阻止されることが明らかとなった（Chadani et al, EMBO J 2021）。また、IRDが大腸菌以外の生物、特に真核生物でどのくらい普遍的に起こるのかについても探求し、N末端にD/Eリッチ配列が富むとIRDが真核生物でも起こることを見出した（bioRxivにて公開）。【研究２】非典型的な翻訳から産まれるタンパク質の多様性：ウイルスの翻訳時に起こる非典型的な翻訳であるバイパス現象の分子機構にIRDが一部関与することを見出した。さらに、大腸菌の内在性ORFでもバイパス現象が起こるかどうか調べた。【研究３】疾患に関わる非典型的な翻訳過程の分子機構：非典型的な翻訳が神経変性疾患に関わる塩基リピート病に関連した非ATG翻訳（RAN翻訳）を真核生物の無細胞翻訳系や生細胞内で解析するための実験系を構築した。【その他】本研究費も部分的に使って維持管理・稼働して、連携研究に使っている質量分析装置によるプロテオーム研究で多くの共同研究を行い、多数の成果を得ている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新生鎖に依存したリボソームの不安定化（IRD）は私たちが2017年に大腸菌の研究から発見した非典型的な翻訳動態である。リボソームによるmRNAからタンパク質への翻訳は生命のセントラルドグマの最終ステップを司る基本的な生命現象であり、長い研究の歴史があるが、IRDはこれまで見つかっていなかった。IRDには、生理的な意義、分子機構、普遍性など多くの不明点があるが、その中でも、分子機構と普遍性に関して、大きな進展があった。さらには、本学術変革領域研究 (A)の支援も受けて稼働している質量分析によるプロテオーム研究で多くの成果が出ていることもあるので「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は本研究の目的達成のために以下のような研究を推進する。【研究１】翻訳途上の新生ポリペプチド鎖（新生鎖）に依存したリボソーム不安定化の普遍性と分子機構：新生鎖に依存して翻訳が途中終了する現象（IRD）が大腸菌で明らかとなった。1-1）大腸菌でのIRDの分子機構解析：IRDは負電荷に富んだアミノ酸配列の翻訳が起こりにくくなるという点で翻訳の不備であると捉えることもできる。その不備を克服するために、リボソームは新生鎖が通過するトンネルと新生鎖が緩く相互作用してIRDを抑えていることを見出したので、さらにどのような翻訳因子がIRDを引き起こす原動力になるのかについて詳細な解析を行う。1-2）真核生物のIRD：大腸菌で見つかったIRDが出芽酵母やヒトの培養細胞でも起こることを見出した。真核生物におけるIRDが生理的にどのような意義をもつのか解析する。【研究2】非典型的な翻訳から産まれるタンパク質の多様性：ファージの遺伝子読み枠でしか知られていない翻訳バイパス現象が、大腸菌のゲノム内の遺伝子読み枠でも起こることを見つけたので、その分子機構を調べる。【研究3】非典型的な翻訳過程の分子機構：非典型的な翻訳の細胞内での動態を調べることも重要な課題である。非典型的な翻訳として塩基リピート病に関連した非ATG翻訳（RAN翻訳）をモデルとして、真核生物の翻訳再構成系や生細胞内でRAN翻訳を可視化するための実験系を確立する。
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Report
(1 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] C9orf72-derived arginine-rich poly-dipeptides impede phase modifiers2021
Author(s)
Nanaura Hitoki、Aiba Yuichiro、Nakanishi Mari、Shiota Tomo、Hibino Masaki、Kikuchi Sotaro、Nagata Riko、Morikawa Naritaka、Iguchi Naohiko、Kiriyama Takao、Nagamori Shushi、Sugie Kazuma、Saio Tomohide、Yoshizawa Takuya、Mori Eiichiro et al.
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Journal Title
Nature communications
Volume: 12
Pages: 1-12
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] G-quadruple-proximity protein labeling based on peroxidase activity.2020
Author(s)
Masuzawa, T., Sato, S., Niwa, T., Tagushi, H., Nakamura, H., Oyoshi, T.
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Journal Title
Chemical Communications
Volume: 56
Pages: 11641-11644
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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