Molecular mechanisms of translation arrest-cancelation of the secretion monitor VemP

• Project/Area Number: 20K06556
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Mori Hiroyuki 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (10243271)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: VemP / 翻訳停止 / SecD/F / タンパパク質膜透過 / 分泌 / PpiD / SRP / YfgM / in vivo光架橋 / 分泌タンパク質 / SecDF2 / SecY / レポーター系 / prlA / SecDF / Ffh / 膜透過 / 新生鎖

Outline of Research at the Start

ビブリオ属細菌が持つ分泌モニタータンパク質VemPは、菌の分泌能に応じて自身の翻訳伸長停止状態を変化させることで、同一オペロン下流に存在するsecDF2の発現を制御する。VemPの翻訳停止は、分泌が正常な際には、トランスロコン上で速やかに解除されるが、VemP-リボソーム複合体のトランスロコンへの標的化の機構や、翻訳停止解除の分子機構は不明である。本研究では、高時間分解能のin vivo光架橋実験法を用いて、生細胞中におけるVemP合成途上鎖と相互作用する細胞内因子を網羅的に捕捉・同定し、これら相互作用因子の「標的化」並びに「翻訳停止解除」における役割を明らかにすることを目指す。

Outline of Final Research Achievements

The secretion monitor, VemP senses protein trnslocation activity of cells and regulates the expression of the downstream genes secD2/F2 in the same operon through its translation elongation arrest. When protein translocation is restored, the translation arrest is canceled, but the molecular mechanism remains unsolved. This study aimed to elucidate this issue. Comprehensive analysis of factors interacting with the VemP nascent chain using site-specific in vivo photocross-linking experiments revealed that the nascent VemP interacts with signal recognition particle (SRP) and the periplasmic chaperone PpiD during its maturation processes. Biochemical analysis showed that the former plays an essential role in targeting VemP to the SecY/E/G translocon, while the latter plays an cruciall role in the cancelation of translational arrest. Furthermore, we identified the Arg-85 residue as a cis factor in VemP involved in the cancelation of translational arrest.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内で作られたタンパク質の中には細胞の外や表面に運ばれて初めて役に立つ物も少なくありません。そのため、新しく作られたタンパク質を効率良く細胞の外に運ぶことは、細胞が生きて行く上で大変重要です。細胞は、今自分がどの程度タンパク質を運ぶ能力を持っているのかを感知して、その力が下がっていた場合には、輸送に働く別の装置を新たに作ることで機能を回復させるという巧妙な仕組みを持っています。この研究はその仕組みを明らかにすることを目指しています。具体的には、感知に働くVemPという分子が、輸送される時に結合するタンパク質を見つけその役割を調べました。この研究により、感知の方法の一端が明らかになりました。

Research Products

• [Journal Article] Inner membrane YfgM-PpiD heterodimer acts as a functional unit that associates with the SecY/E/G translocon and promotes protein translocation (2022)
  • Author(s): Miyazaki Ryoji、Ai Mengting、Tanaka Natsuko、Suzuki Takehiro、Dhomae Naoshi、Tsukazaki Tomoya、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Issue: 11 Pages: 102572-102572
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102572
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A photo-crosslinking approach to monitor assembly of an LptD intermediate with LptE in a living cell. (2022)
  • Author(s): Miyazaki, R., Mori, H., and Akiyama, Y.
  • Journal Title: Methods Mol. Biol. Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fine interaction profiling of VemP and mechanisms responsible for its translocation-coupled arrest-cancelation (2020)
  • Author(s): Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • Journal Title: eLife Volume: 9
  • DOI: 10.7554/elife.62623
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reversible auto-inhibitory regulation of Escherichia coli metallopeptidase BepA for selective β-barrel protein degradation. (2020)
  • Author(s): Daimon 他7名
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 117 Issue: 45 Pages: 27989-27996
  • DOI: 10.1073/pnas.2010301117
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tree of motility : A proposed history of motility systems in the tree of life (2020)
  • Author(s): M Miyata, R C Robinson, T QP Uyeda, Y Fukumori, S Fukushima, S Haruta, M Homma, K Inaba, M Ito, C Kaito, K Kato, TKenri, Y Kinosita, S Kojima, T Minamino, H Mori, S Nakamura, D Nakane, K Nakayama, M Nishiyama, S Shibata, K Shimabukuro, M Tamakoshi, A Taoka, Y Tashiro, ITulum, HiWada, K Wakabayashi
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 25 Issue: 1 Pages: 6-21
  • DOI: 10.1111/gtc.12737
  • NAID: 130007881664
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019864
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A photo-cross-linking approach to monitor protein dynamics in living cells (2019)
  • Author(s): Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 129317-129317
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] VemP-Bla レポーター系を用いた分泌モニター因子VemP の翻訳停止の解除に 関わる cis-element, trans 因子の同定とその作用機序の解明 (2022)
  • Author(s): 池田優希、秋山芳展、森博幸
  • Organizer: 第18回21世紀大腸菌研究会
• [Presentation] 部位特異的in vivo光架橋法によるタンパク質膜透過促進因子SecD/Fと膜結合型分子シャペロンPpiD/YfgM複合体の相互作用解析 (2021)
  • Author(s): Ai Mengting, 宮﨑亮次、秋山芳展、森 博幸
  • Organizer: 第17回21世紀大腸菌研究会
• [Presentation] 細菌の外膜生合成と品質管理に関わる2機能性プロテアーゼBepAの基質認識機構 (2020)
  • Author(s): 宮﨑亮次、吉谷亘平、森 博幸、秋山芳展
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会、web開催