シロイヌナズナCGS1遺伝子における翻訳停止とmRNA分解機構の研究

• Project Area: Nascent-chain Biology
• Project/Area Number: 15H01525
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 内藤 哲 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20164105)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000); Fiscal Year 2016: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2015: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: 翻訳伸長停止 / リボソーム / シロイヌナズナ / コムギ胚芽抽出液 / シロイヌナズナ試験管内翻訳系 / S-アデノシルメチオニン / シスタチオニンγ-シンターゼ / 翻訳停止 / mRNA分解 / シスタチオニンγシンターゼ

Outline of Annual Research Achievements

リボソームで合成された新生ペプチドは，大サブユニットを貫く出口トンネルを通って出てくる。出口トンネルを1/3ほど進んだところには，出口トンネルが狭まった「狭窄部位」があり，リボソームタンパク質のRPuL4とRPuL17のβ-loopが出口トンネルに突き出た構造になっている。狭窄部位は新生ペプチドとの相互作用部位として注目されている。シロイヌナズナは2つのRPuL4遺伝子を持つ。RPuL4の一つのオルソログのノックアウト株に，β-loopのステムの両側部分に1アミノ酸欠失を導入し，C末端にFLAGタグを付けた変異型遺伝子を導入したトランスジェニックシロイヌナズナ株から調製したシロイヌナズナ無細胞抽出液を用いた試験管内翻訳では，変異型リボソームの形成率に応じて，S-アデノシルメチオニンに応答した翻訳停止効率が低下することを見いだしている。FLAGタグを利用した免疫沈降法により，シロイヌナズナ試験管内翻訳系における変異型リボソームの割合を増加させた結果，変異型リボソームの濃縮率に応じて翻訳停止効率がさらに低下した。変異型リボソームと翻訳停止効率を，直接的に関連づけることができた。
酵母でno-go mRNA decayを誘導すると報告されているステム・ループ構造を持ったmRNAをシロイヌナズナ試験管内翻訳系で翻訳させると，翻訳停止が起こることをH27年度に見いだしている。この実験系について，詳細な解析を行なった結果，翻訳停止がステム・ループ構造の前半のステム内で起きていると考えられることを見いだした。しかしながら，強力なステム・ループ構造であるがために，プライマー伸長反応は困難であり，リボソームの停止位置を正確に同定するには至らなかった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] University of Munich(Germany)
• [Journal Article] Sucrose sensing through nascent peptide-mediated ribosome stalling at the stop codon of Arabidopsis bZIP11 uORF2. (2017)
  • Author(s): Yamashita Y., Takamatsu, S., Glassbrenner, M., Becker, T., Naito, S., Beckmann, R.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 印刷中 Issue: 9 Pages: 1266-1277
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12634
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The minimum open reading frame, AUG-Stop, induces boron-dependent ribosome stalling and mRNA degradation. (2016)
  • Author(s): Tanaka, M., Sotta, N., Yamazumi, Y., Yamashita, Y., Miwa, K., Murota, K., Chiba, Y., Hirai, M.Y., Akiyama, T., Onouchi, H., Naito, S., Fujiwara, T.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 28 Pages: 2830-2849
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Truncated yet functional viral protein produced via RNA polymerase slippage implies underestimated coding capacity of RNA viruses (2016)
  • Author(s): Yuka Hagiwara-Komoda, Sun Hee Choi2, Masanao Sato, Go Atsumi, Junya Abe, Junya Fukuda, Mie N. Honjo, Atsushi J. Nagano, Keisuke Komoda, Kenji S. Nakahara, Ichiro Uyeda, Satoshi Naito
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 21411-21411
  • DOI: 10.1038/srep21411
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] リボソーム出口トンネルは翻訳中のリボソームの停滞を介して遺伝子発現を制御する． (2017)
  • Author(s): 高松世大，三浦弓佳，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤哲.
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] リボソームの停滞を引き起こす新規被子植物uORFの同定． (2017)
  • Author(s): 林憲哉，佐々木駿，Z. Feng, 藤原徹，内藤哲，尾之内均．
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] ホウ素輸送体NIP5;1における5’-UTRに存在するAUGUAAを介した転写制御機構の可能性． (2017)
  • Author(s): 田中真幸，反田直之，千葉由佳子，尾之内均，内藤哲，藤原徹．
  • Organizer: 第58回日本植物生理学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] The β-loop regions of ribosomal protein uL4 and uL22 are essential for nascent peptide-mediated translation elongation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • Author(s): Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamashita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.
  • Organizer: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Boron-dependent ribosome stalling at UAGUAA, a minimum ORF, downregulates NIP5;1 expression in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • Author(s): Tanaka, M., Sotta, M., Miwa, K., Chiba, Y., Onouchi, H., Naito, S., Fujiwara, T.
  • Organizer: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification and functional analysis of angiosperm upstream open reading frames causing nascent peptide-mediated ribosomal arrest. (2016)
  • Author(s): Hayashi, N., Takahashi, H., Naito, S., Onouchi, H.
  • Organizer: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The beta-loop regions of ribosomal proteins uL4 and uL22 are essential for nascent peptide-mediated translation elongation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • Author(s): Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamashita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.
  • Organizer: 21st Annual Meeting of the RNA Society and 18th Annual Meeting of the RNA Society of Japan
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Roles of ribosomal exit tunnel in nascent peptide-mediated translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • Author(s): Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamshita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.,
  • Organizer: 57th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] シロイヌナズナCGS1 mRNAの新生ペプチドによる翻訳アレストへのリボソーム出口トンネルの関与. (2015)
  • Author(s): 高松世大，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場他（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Feedback regulation of of methionine biosynthesis mediated by ribosome stalling in Arabidopsis. (2015)
  • Author(s): Yamashita, Y., Ohashi, Y., Takamatsu, S., Onoue, N., Morimoto, K., Tajima, Y., Aono, S., Onouchi, H., Naito, S.
  • Organizer: 14th International Congress on Amino Acids and Proteins.
  • Place of Presentation: Vienna (Austria)
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シロイヌナズナCGS1遺伝子の翻訳アレストにおけるリボソーム出口トンネルの役割. (2015)
  • Author(s): 高松世大，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • Organizer: 第17回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: ホテルライフォート札幌（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2015-07-15
• [Remarks] Methionine Biosynthesis in Plants
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research-cgs-e.html
• [Remarks] methionine biosynthesis in plants
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research-cgs-e.html