新規Disome-Seq法: パラメトリックなリボソーム渋滞の網羅的探索

• 研究領域: 翻訳速度調節機構を基盤としたパラメトリック生物学の創成
• 研究課題/領域番号: 20H05784
• 研究種目: 学術変革領域研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 岩崎 信太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80611441)
• 研究期間 (年度): 2020-10-02 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 38,220千円 (直接経費: 29,400千円、間接経費: 8,820千円); 2022年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円); 2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
• キーワード: 翻訳 / RNA / Ribosome profiling / Disome / Cas13 / Ribosome / Disome-Seq

研究開始時の研究の概要

リボソームがコドンを読み取る速度は一定ではなく、むしろパラメトリックに進行し、一時停止および渋滞をする例があることが報告されている。しかしながらその全容や速度制限にかかわる共通の原理・ルールは全く明らかにされていない。これはリボソーム一時停止を網羅的に、かつ高感度に探索する技術がこれまで皆無であったことによる。本研究ではこの問題を解決する『Disome-Seq法』と呼ばれる新規技術を確立し、リボソーム一時停止を探索するとともに、班員が得意とする物理化学的な影響 (原田・岡部)あるいは高次生命現象 (土居、池内)でどのように制御されるかを理解することを目指す。

研究成果の概要

本研究課題では、リボソーム渋滞を網羅的に解析する手法Disome-Seqを開発してきた (Han et al. Cell Rep 2020)。この手法をヒト、ゼブラフィッシュ (Han et al. Cell Rep 2020)のみならず、大腸菌にまで展開させた (Fujita et al. RNA 2022)。パラメトリックな翻訳の動態を人工的に制御する新技術としてdCas13を用いたCRISPRδ（クリスパー・デルタ）法 (Apostolopoulos et al. Nat Commun 2024)開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

Disome-Seq法は翻訳そのものに関する基礎研究はもとより、リボソーム渋滞が原因で発症する疾患（神経変性疾患など）の理解に貢献すると期待できる。CRISPRδ（クリスパー・デルタ）法は、非常に特異的であるため遺伝子の機能を理解するという基礎生物学的応用ができる。また、ウイルス特異的な翻訳様式や神経変性疾患の原因となり得る特殊な翻訳様式も抑制できることから、さまざまな応用につながることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Berkeley/University of California, San Francisco(米国)
• [雑誌論文] The Pentatricopeptide Repeat Protein PGR3 Is Required for the Translation of petL and ndhG by Binding Their 5′ UTRs (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashi Haruka、Kato Yoshinobu、Fujita Tomoya、Iwasaki Shintaro、Nakamura Masayuki、Nishimura Yoshiki、Takenaka Mizuki、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa180
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spliceostatin A interaction with SF3B1 limits U1 snRNP availability and causes premature cleavage and polyadenylation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto, R., Chhipi-Shrestha, J.K., Schneider-Poetsch, T., Furuno, M., Burroughs, A.M., Noma, S., Suzuki, H., Hayashizaki, Y., Mayeda, A., Nakagawa, S., Kaida, D., Iwasaki, S., Yoshida, M.
  • 雑誌名: Cell Chem. Biol. 巻: - 号: 9 ページ: 1356-1365
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.03.002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dual targeting of DDX3 and eIF4A by the translation inhibitor rocaglamide A (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Mingming、Asanuma Miwako、Takahashi Mari、Shichino Yuichi、Mito Mari、Fujiwara Koichi、Saito Hironori、Floor Stephen N.、Ingolia Nicholas T.、Sodeoka Mikiko、Dodo Kosuke、Ito Takuhiro、Iwasaki Shintaro
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 28 号: 4 ページ: 475-486
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.11.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide survey of ribosome collision. (2020)
  • 著者名/発表者名: Han, P., Shichino, Y., Schneider-Poetsch, T., Mito, M., Hashimoto, S., Udagawa, T., Kohno, K., Yoshida, M., Mishima, Y., Inada, T., Iwasaki, S.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 31(5) 号: 5 ページ: 107610-107610
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] N-terminal deletion of Swi3 created by the deletion of a dubious ORF YJL175W mitigates protein burden effect in S. cerevisiae (2020)
  • 著者名/発表者名: Saeki Nozomu、Eguchi Yuichi、Kintaka Reiko、Makanae Koji、Shichino Yuichi、Iwasaki Shintaro、Kanno Manabu、Kimura Nobutada、Moriya Hisao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 9500-9500
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66307-z
  • NAID: 120006883501
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implications of RNG140 (caprin2)-mediated translational regulation in eye lens differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaori Nakazawa, Yuichi Shichino,Shintaro Iwasaki, and Nobuyuki Shiina
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 44 ページ: 15029-15044
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.012715
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete chemical structures of human mitochondrial tRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takeo、Yashiro Yuka、Kikuchi Ittoku、Ishigami Yuma、Saito Hironori、Matsuzawa Ikuya、Okada Shunpei、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Ma Ding、Zhao Xuewei、Asano Kana、Lin Huan、Kirino Yohei、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18068-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ribosomal protein S7 ubiquitination during ER stress in yeast is associated with selective mRNA translation and stress outcome (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuki Yasuko、Matsuo Yoshitaka、Nakano Yu、Iwasaki Shintaro、Yoko Hideyuki、Udagawa Tsuyoshi、Li Sihan、Saeki Yasushi、Yoshihisa Tohru、Tanaka Keiji、Ingolia Nicholas T.、Inada Toshifumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 19669-19669
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76239-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protocol for disome profiling to survey ribosome collision in humans and zebrafish. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mito M, Mishima Y, and Iwasaki S
  • 雑誌名: STAR Protoc. 巻: 1 号: 3 ページ: 100168-100168
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100168
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 抗がん作用をもつ小分子Rocaglamide AによるDDX3とeIF4Aを介した二重翻訳阻害 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第93回日本生化学大会
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://iwasakirna.com/publications.php
• [備考]
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/chief/rna_sys_biochem/index.html