Mechanistic elucidation of non-domain type biopolymer modifications

• Project Area: Biology of Non-domain Biopolymer
• Project/Area Number: 21H05280
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 尾山 大明 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (30422398)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 健夫 琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (90533125) ; 秦 裕子 東京大学, 医科学研究所, シニアエキスパート(技術) (80401256)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2025)
• Budget Amount: ¥111,280,000 (Direct Cost: ¥85,600,000、Indirect Cost: ¥25,680,000); Fiscal Year 2025: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000); Fiscal Year 2024: ¥20,410,000 (Direct Cost: ¥15,700,000、Indirect Cost: ¥4,710,000); Fiscal Year 2023: ¥20,540,000 (Direct Cost: ¥15,800,000、Indirect Cost: ¥4,740,000); Fiscal Year 2022: ¥20,540,000 (Direct Cost: ¥15,800,000、Indirect Cost: ¥4,740,000); Fiscal Year 2021: ¥29,120,000 (Direct Cost: ¥22,400,000、Indirect Cost: ¥6,720,000)
• Keywords: 質量分析

Outline of Research at the Start

近年、全長にわたって天然変性領域から構成され一次配列への機能依存性が低い超天然変性タンパク質や、非翻訳領域と考えられていたRNA配列がコードする新規ORF由来のタンパク質など、従来の分子生物学上の概念の枠組みを超えた遺伝子産物の存在が次々と明らかになってきている。本研究課題では、これらの分子群が持つ機能の特徴を分子修飾による物性転換や相互作用動態の観点からシステムレベルで解析を行い、当該制御機構の分子基盤を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

近年、全長にわたって天然変性領域から成り、一次配列への機能依存性が低い超天然変性タンパク質や、非翻訳領域と考えられていたRNA配列がコードする新規ORF由来のタンパク質など、従来のタンパク質の概念の枠組みを超えた遺伝子産物の存在が次々と明らかになってきている。タンパク質の一部又は全体が特定の立体構造を持たない天然変性タンパク質の存在は以前から知られていたが、立体構造の検証が困難なことから長年、他の分子との相互作用に関する綿密な議論が進まない状況が続いていた。しかしながら、NMR等を用いた詳細な解析により、転写制御を担う主要分子群であるCREBやp53の天然変性領域が重要な機能的役割を果たすことが報告され、細胞内でのタンパク質-タンパク質相互作用、あるいはタンパク質-RNA相互作用における、特定の構造を取りにくい「非ドメイン型」配列を介した分子間相互作用研究の重要性が急速に高まっている。
本年度は、Orbitrap Eclipse Tribrid質量分析計のReal-Time Searchプラットフォームに基づく高深度定量プロテオーム解析によって、リボソームプロファイリングによって規定される新規ORF群に関する大規模な薬剤依存的翻訳制御動態を明らかにし、論文発表を行った。また、上記質量分析システムを用いて領域内外との共同研究を広範に実施し、タンパク質-タンパク質相互作用及びRNA-タンパク質相互作用、双方に関する研究成果に関して論文出版及びプレスリリースを行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

リボソームプロファイリングによって規定される非典型ORF群に関する配列情報から実際に細胞内で翻訳されている未知タンパク質を大規模に検出する分析系を新たに構築し、ヒトHeLa細胞における薬剤濃度依存的な翻訳制御動態に関する高深度定量プロテオーム解析を行い、論文発表を行った。また、昨年度に引き続き領域内外との共同研究を幅広く実施し、高精度質量分析によって得られた研究成果について論文出版及びプレスリリースを行った。

Strategy for Future Research Activity

本研究領域で見出されたHeroタンパク質やクマムシ特異的タンパク質をはじめ、リボソームプロファイリングによって規定される非典型ORF群がコードする非ドメイン型タンパク質やarcRNAに代表される非ドメイン型RNAに関して、Orbitrap Eclipse Tribrid質量分析システムによるシングルセルレベルでの超高感度動態分析に向けた解析プラットフォームの構築を試みる。

Research Products

• [Journal Article] MucoRice-CTB line 19A, a new marker-free transgenic rice-based cholera vaccine produced in an LED-based hydroponic system (2024)
  • Author(s): Yuki Yoshikazu、Kurokawa Shiho、Sugiura Kotomi、Kashima Koji、Maruyama Shinichi、Yamanoue Tomoyuki、Honma Ayaka、Mejima Mio、Takeyama Natsumi、Kuroda Masaharu、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Masumura Takehiro、Nakahashi-Ouchida Rika、Fujihashi Kohtaro、Hiraizumi Takashi、Goto Eiji、Kiyono Hiroshi
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 15 Pages: 1342662-1342662
  • DOI: 10.3389/fpls.2024.1342662
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell cycle-dependent gene networks for cell proliferation activated by nuclear CK2α complexes (2023)
  • Author(s): Homma Miwako Kato、Nakato Ryuichiro、Niida Atsushi、Bando Masashige、Fujiki Katsunori、Yokota Naoko、Yamamoto So、Shibata Takeshi、Takagi Motoki、Yamaki Junko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Shirahige Katsuhiko、Homma Yoshimi
  • Journal Title: Life Science Alliance Volume: 7 Issue: 1 Pages: e202302077-e202302077
  • DOI: 10.26508/lsa.202302077
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • Author(s): Yoshimoto Rei、Nakayama Yuta、Nomura Ikuko、Yamamoto Ikuko、Nakagawa Yumeka、Tanaka Shigeyuki、Kurihara Misuzu、Suzuki Yu、Kobayashi Takehiko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Araki Kimi、Nakagawa Shinichi
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 83 Issue: 24 Pages: 4479-4493
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.11.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The CCR4-NOT complex suppresses untimely translational activation of maternal mRNAs (2023)
  • Author(s): Soeda Shou、Oyama Masaaki、Kozuka-Hata Hiroko、Yamamoto Tadashi
  • Journal Title: Development Volume: 150 Issue: 21
  • DOI: 10.1242/dev.201773
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Real-Time Search-Assisted Multiplexed Quantitative Proteomics Reveals System-Wide Translational Regulation of Non-Canonical Short Open Reading Frames (2023)
  • Author(s): Kozuka-Hata Hiroko、Hiroki Tomoko、Miyamura Naoaki、Kitamura Aya、Tsumoto Kouhei、Inoue Jun-ichiro、Oyama Masaaki
  • Journal Title: Biomolecules Volume: 13 Issue: 6 Pages: 979-979
  • DOI: 10.3390/biom13060979
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nondomain biopolymers: Flexible molecular strategies to acquire biological functions (2023)
  • Author(s): Arakawa K, Hirose T, Inada T, Ito T, Kai T, Oyama M, Tomari Y, Yoda T, Nakagawa S.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 28 Issue: 8 Pages: 539-552
  • DOI: 10.1111/gtc.13050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stress granule formation inhibits stress-induced apoptosis by selectively sequestering executioner caspases (2023)
  • Author(s): Daichi Fujikawa, Takanori Nakamura, Daisuke Yoshioka, Zizheng Li, Hisashi Moriizumi, Mari Taguchi, Noriko Tokai-Nishizumi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, and Mutsuhiro Takekawa
  • Journal Title: Current Biology Volume: 33 Issue: 10 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1016/j.cub.2023.04.012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glycosylated queuosines in tRNAs optimize translational rate and post-embryonic growth (2023)
  • Author(s): Zhao Xuewei、Ma Ding、Ishiguro Kensuke、Saito Hironori、Akichika Shinichiro、Matsuzawa Ikuya、Mito Mari、Irie Toru、Ishibashi Kota、Wakabayashi Kimi、Sakaguchi Yuriko、Yokoyama Takeshi、Mishima Yuichiro、Shirouzu Mikako、Iwasaki Shintaro、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu
  • Journal Title: Cell Volume: 186 Issue: 25 Pages: 5517-5535.e24
  • DOI: 10.1016/j.cell.2023.10.026
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The termination of UHRF1-dependent PAF15 ubiquitin signaling is regulated by USP7 and ATAD5 (2023)
  • Author(s): Miyashita Ryota、Nishiyama Atsuya、Qin Weihua、Chiba Yoshie、Kori Satomi、Kato Norie、Konishi Chieko、Kumamoto Soichiro、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Kawasoe Yoshitaka、Tsurimoto Toshiki、Takahashi Tatsuro S、Leonhardt Heinrich、Arita Kyohei、Nakanishi Makoto
  • Journal Title: eLife Volume: 12 Pages: 79013-79013
  • DOI: 10.7554/elife.79013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bromodomain protein BRD8 regulates cell cycle progression in colorectal cancer cells through a TIP60-independent regulation of the pre-RC complex (2023)
  • Author(s): Yamaguchi Kiyoshi、Nakagawa Saya、Saku Akari、Isobe Yumiko、Yamaguchi Rui、Sheridan Paul、Takane Kiyoko、Ikenoue Tsuneo、Zhu Chi、Miura Masashi、Okawara Yuya、Nagatoishi Satoru、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Aikou Susumu、Ahiko Yuka、Shida Dai、Tsumoto Kouhei、Miyano Satoru、Imoto Seiya、Furukawa Yoichi
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 4 Pages: 106563-106563
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.106563
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Restoration of mitochondrial function through activation of hypomodified tRNAs with pathogenic mutations associated with mitochondrial diseases (2023)
  • Author(s): Tomoda Ena、Nagao Asuteka、Shirai Yuki、Asano Kana、Suzuki Takeo、Battersby Brendan J、Suzuki Tsutomu
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: in press Issue: 14 Pages: 7563-7579
  • DOI: 10.1093/nar/gkad139
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of the orphan transporter SLC35E1 in the nuclear egress of herpes simplex virus 1 (2022)
  • Author(s): Fumio Maeda, Akihisa Kato, Kosuke Takeshima, Misato Shibazaki, Ryota Sato, Takuma Shibata, Kensuke Miyake, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Eigo Shimizu, Seiya Imoto, Satoru Miyano, Shungo Adachi, Tohru Natsume, Koh Takeuchi, Yuhei Maruzuru, Naoto Koyanagi, Jun Arii, Yasushi Kawaguchi
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: - Issue: 10 Pages: 10-10
  • DOI: 10.1128/jvi.00306-22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stress-dependent cell stiffening by tardigrade tolerance proteins that reversibly form a filamentous network and gel (2022)
  • Author(s): Tanaka Akihiro、Nakano Tomomi、Watanabe Kento、Masuda Kazutoshi、Honda Gen、Kamata Shuichi、Yasui Reitaro、Kozuka-Hata Hiroko、Watanabe Chiho、Chinen Takumi、Kitagawa Daiju、Sawai Satoshi、Oyama Masaaki、Yanagisawa Miho、Kunieda Takekazu
  • Journal Title: PLOS Biology Volume: 20 Issue: 9 Pages: 3001780-3001780
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ERK-mediated NELF-A phosphorylation promotes transcription elongation of immediate-early genes by releasing promoter-proximal pausing of RNA polymerase II (2022)
  • Author(s): Ohe Seina、Kubota Yuji、Yamaguchi Kiyoshi、Takagi Yusuke、Nashimoto Junichiro、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Furukawa Yoichi、Takekawa Mutsuhiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7476-7476
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35230-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of the Orphan Transporter SLC35E1 in the Nuclear Egress of Herpes Simplex Virus 1 (2022)
  • Author(s): Maeda F, Kato A, Takeshima K, Shibazaki M, Sato R, Shibata T, Miyake K, Kozuka-Hata H, Oyama M, Shimizu E, Imoto S, Miyano S, Adachi S, Natsume T, Takeuchi K, Maruzuru Y, Koyanagi N, Arii J, Kawaguchi Y
  • Journal Title: J Virol Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RNA修飾と疾患 (2021)
  • Author(s): 鈴木 健夫、鈴木 勉
  • Journal Title: 月刊「細胞」 Volume: 53 Pages: 880-883
• [Presentation] Real-Time Search法を活用した非典型ORFの精密定量プロテオーム解析 (2023)
  • Author(s): 秦 裕子、廣木 朋子、宮村 尚明、北村 亜矢、津本 浩平、井上 純一郎、尾山 大明
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] BioID法を用いたショウジョウバエpiRNA経路新規因子の探索と同定 (2023)
  • Author(s): 一色 和奏、井木 太一郎、Ikele Chinyere MaryCynthia、尾山 大明、秦 裕子、甲斐 歳惠
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 4.5SHノンコーディングRNAはSINE B1の異常なエキソン化を抑える解毒剤である (2023)
  • Author(s): 芳本 玲、中山 雄太、野村 郁子、山本 育子、栗原 美寿々、鈴木 雄、小林 武彦、秦 裕子、尾山 大明、水戸 麻理、岩崎 信太郎、山崎 智弘、廣瀬 哲郎、荒木 喜美、中川 真一
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] クマムシミトコンドリアのショットガンプロテオミクスによる乾燥耐性機構の解析 (2023)
  • Author(s): 田中 冴、秦 裕子、木嶋-田中 順子、三輪 佳宏、尾山 大明、國枝 武和
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 大腸がんにおけるTIP60複合体構成因子BRD8の制御と機能 (2023)
  • Author(s): 山口 貴世志、中川 沙弥、大河原 悠哉、高根 希世子、池上 恒雄、秦 裕子、尾山 大明、長門石 曉、津本 浩平、愛甲 丞、志田 大、山口 類、宮野 悟、井元 清哉、古川 洋一
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] ショットガンプロテオミクスを用いたクマムシミトコンドリアの乾燥耐性機構の解析 (2023)
  • Author(s): 田中 冴，秦 裕子，木嶋-田中 順子，三輪 佳宏，尾山 大明，國枝 武和
  • Organizer: 日本進化学会第25回大会
• [Presentation] USP7とATAD5はUHRF1依存的なPAF15ユビキチンシグナルを制御する (2022)
  • Author(s): 西山 敦哉、宮下 諒太、千葉 祥恵、郡 聡実、加藤 修衣、河添 好孝、秦 裕子、尾山 大明、高橋 達郎、有田 恭平、中西 真
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] BioID法を用いたショウジョウバエpiRNA経路新規因子の探索と同定 (2022)
  • Author(s): 一色 和奏、井木 太一郎、Ikele Chinyere MaryCynthia、尾山 大明、秦 裕子、甲斐 歳惠
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 精緻な翻訳の制御を担うtRNA修飾 (2022)
  • Author(s): 鈴木 健夫
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Book] ミトコンドリアRNA修飾異常による疾患と治療 (2023)
  • Author(s): 鈴木 勉、友田愛奈、鈴木 健夫、長尾翌手可
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 実験医学増刊 Vol.41 No.5 ミトコンドリア 疾患治療の新時代
• [Book] 医用工学ハンドブック (2022)
  • Author(s): 秦 裕子、尾山 大明、井上 純一郎
  • Total Pages: 544
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Remarks] [プレスリリース] マウスは進化の過程で遺伝子治療薬として働くRNAを獲得していたことを解明
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/content/000009016.pdf
• [Remarks] [プレスリリース] 細胞核内CK2複合体が細胞周期特異的な遺伝子発現ネットワークを活性化する
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/content/000008894.pdf
• [Remarks] [プレスリリース] 液-液相分離体「ストレス顆粒」形成によるストレス防御および癌進展機構の解明
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/content/000007921.pdf
• [Remarks] [プレスリリース] クマムシ耐性タンパク質によるストレスに応答した細胞の硬化
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/content/000006842.pdf
• [Remarks] [プレスリリース] 細胞増殖と発癌を司る初期応答遺伝子群の新たな発現調節機構の解明
  • URL: https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/content/000007627.pdf