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mRNA非翻訳領域の非ドメイン型RNA配列の解析

計画研究

研究領域非ドメイン型バイオポリマーの生物学:生物の柔軟な機能獲得戦略
研究課題/領域番号 21H05277
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
研究機関東京大学

研究代表者

稲田 利文  東京大学, 医科学研究所, 教授 (40242812)

研究分担者 今高 寛晃  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50201942)
研究期間 (年度) 2021-09-10 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
92,170千円 (直接経費: 70,900千円、間接経費: 21,270千円)
2025年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2021年度: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)
キーワード非典型翻訳 / dORF / 非ドメイン型RNA配列 / mRNA非依存翻訳反応 / 非典型翻訳システム / 品質管理機構 / 非ドメイン型RNA / 非典型翻訳反応 / 試験管内翻訳再構成系 / 翻訳開始機構 / 非定型翻訳開始機構 / 非定型翻訳開始 / 翻訳開始因子
研究開始時の研究の概要

解析が手つかずのdORF規定配列は、ゲノム中に数百から数千のオーダーで存在すると予想されるため、新規機能性非ドメイン型翻訳開始RNAを飛躍的に拡張できることが期待される。本研究により、非ドメイン型翻訳開始RNAの生理機能や細胞機能、あるいは分子機構に関する知見が蓄積することで、特定の構造をとりにくいRNA分子が機能を発揮する際の共通の動作原理の理解に貢献したい。また、得られた構造情報に基づいて高活性の人工非ドメイン型翻訳開始ユニットを設計し、企業との連携も視野に入れながら、RNAワクチンでその威力が明らかになった、RNA創薬における抗原の発現効率を制御する技術開発などの応用につなげたい。

研究実績の概要

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹である。稲田は、翻訳の正確性を保証する品質管理機構RQC(Ribosome-associated Quality Control)の分子機構を解明し、タンパク質恒常性維持における機能を明確にした。真核生物の普遍的な修飾であるポリ(A)鎖が翻訳された場合の異常について解析し、異常翻訳の実体が衝突リボソームであることを遺伝学的・生化学的・構造学生的解析から明確にした。mRNAで3‘非翻訳領域mRNAの3‘非翻訳領域は、生物学的に重要な役割を果たしているにも関わらず、種間で広く保存された機能ドメインをほとんど持たない未開拓の領域である。代表者の稲田は、dORFの翻訳開始機構を解析し、翻訳開始因子eIF4Gが直接dORFを規定する配列に結合して翻訳を誘導することを見いだした。哺乳細胞の翻訳系の試験管内完全再構成を確立した分担者の今高と共同で翻訳開始機構を解析し、翻訳開始因子eIF4Gが直接dORFを規定する配列に結合して翻訳を誘導することを見いだした (NAR 2020:32941651) 。本計画研究ではdORFの翻訳に必須な非ドメイン型RNA配列の網羅的同定と機能解析を目的とし、領域の目的の達成に貢献する。当該年度には、①細胞と試験管内翻訳反応を用いて、eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進めた。ストレス条件下等のCap依存の翻訳が低下した条件での非定型翻訳を同定し、哺乳類翻訳開始完全再構成を用いて分子機構を解明した(稲田・今高)。領域内連携として中川が、dORFのタグ付加したマウスを作製し発現解析を行った(中川・稲田)。また、②mRNAによらない非典型翻訳システムの分子機構について、翻訳品質管理RQC経路の1つであるCAT-tailingを中心に分子機構の解明を進めた。また、非ドメイン型タンパク質HEROが翻訳品質管理機構に関与する可能性を検証する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

非ドメイン型RNA配列の網羅的同定と機能解析を行い、以下の研究成果を得た。
①翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能解析:細胞と試験管内翻訳反応を用いて、eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進めた。ストレス条件下等のCap依存の翻訳が低下した条件での非定型翻訳を同定し、哺乳類翻訳開始完全再構成を用いて分子機構を解明した(稲田・今高)。
②非典型翻訳系であるmRNAによらない翻訳システムの分子機構:RQC経路の最終段階で異常タンパク質にCATテールと呼ばれるタグ配列が付加される分子機構を出芽酵母の系を用いて解析した。eIF5Aの新規機能を明らかにした(Petr, Ebine et al., Mol Cell 2023)。またCATテール付加反応の前提となる翻訳品質管理RQCについても分子機構の理解が進んだ(Ishimura and Ito, Ito 2023)。

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方策は以下である。①翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能解析:eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進める。② mRNAによらない非典型翻訳システムの分子機構:哺乳類細胞におけるCATテール付加反応を解析する系の構築が完了した。tRNAの特異性を決定する分子機構を解明する。また、CATテールが付加された異常タンパク質の運命(分解か凝集)を決定する非ドメイン配列を明らかにする。さらに、疾患の原因となるCATテールの異常の分子実体を解明する(稲田)。さらに、③非ドメイン型HEROタンパク質の1つであるHERO45が停止中の80Sリボソームに結合し、翻訳品質管理機構を抑制する可能性が示唆されたため、その分子機構と生理機能の解明を進めた。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 6件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (5件)

  • [国際共同研究] University of Munich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] The UFM1 system: Working principles, cellular functions, and pathophysiology2024

    • 著者名/発表者名
      Komatsu Masaaki、Inada Toshifumi、Noda Nobuo N.
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 84 号: 1 ページ: 156-169

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2023.11.034

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanistic insights into the roles of the UFM1 E3 ligase complex in ufmylation and ribosome-associated protein quality control2023

    • 著者名/発表者名
      Ishimura Ryosuke、Ito Sota、Mao Gaoxin、Komatsu-Hirota Satoko、Inada Toshifumi、Noda Nobuo N.、Komatsu Masaaki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 33

    • DOI

      10.1126/sciadv.adh3635

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural basis for clearing of ribosome collisions by the RQT complex2023

    • 著者名/発表者名
      Best Katharina、Ikeuchi Ken、Kater Lukas、Best Daniel、Musial Joanna、Matsuo Yoshitaka、Berninghausen Otto、Becker Thomas、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 921-921

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36230-8

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Molecular basis of eIF5A-dependent CAT tailing in eukaryotic ribosome-associated quality control2023

    • 著者名/発表者名
      Tesina Petr、Ebine Shuhei、Buschauer Robert、Thoms Matthias、Matsuo Yoshitaka、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 83 号: 4 ページ: 607-621.e4

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2023.01.020

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Decoding of the ubiquitin code for clearance of colliding ribosomes by the RQT complex2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Yoshitaka、Uchihashi Takayuki、Inada Toshifumi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 79-79

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35608-4

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Two modes of Cue2-mediated mRNA cleavage with distinct substrate recognition initiate no-go decay2022

    • 著者名/発表者名
      Tomomatsu Shota、Watanabe Atsuya、Tesina Petr、Hashimoto Satoshi、Ikeuchi Ken、Li Sihan、Matsuo Yoshitaka、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 51 号: 1 ページ: 253-270

    • DOI

      10.1093/nar/gkac1172

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A distinct mammalian disome collision interface harbors K63-linked polyubiquitination of uS10 to trigger hRQT-mediated subunit dissociation2022

    • 著者名/発表者名
      Narita Momoko、Denk Timo、Matsuo Yoshitaka、Sugiyama Takato、Kikuguchi Chisato、Ito Sota、Sato Nichika、Suzuki Toru、Hashimoto Satoshi,Machova Iva, Tesina Petr、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 6411-6411

    • DOI

      10.1038/s41467-022-34097-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sensing of individual stalled 80S ribosomes by Fap1 for nonfunctional rRNA turnover2022

    • 著者名/発表者名
      Li Sihan、Ikeuchi Ken、Kato Misaki、Buschauer Robert、Sugiyama Takato、Adachi Shungo、Kusano Hideo、Natsume Tohru、Berninghausen Otto、Matsuo Yoshitaka、Becker Thomas、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 82 号: 18 ページ: 3424-3437

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2022.08.018

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Mechanistics insights of UFM1 E3 ligase complex in ufmylation and ribosome-associated protein quality control2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤壮太
    • 学会等名
      第24回日本RNA学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] The Ubiquitin code for quality controls induced by ribosome stalling2023

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      Mini-symposium on translation in Heidelberg
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Ubiquitin code for helicase-driven clearance of colliding ribosomes2023

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      Protein synthesis and translational control
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Collision-induced destruction of functional ribosomal subunits2023

    • 著者名/発表者名
      LI SIHAN
    • 学会等名
      Protein synthesis and translational control
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 衝突リボソームによるストレス応答の誘導と品質管理による解消2023

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      第96回生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Mechanistics insights of UFM1 E3 ligase complex in ufmylation and ribosome-associated protein quality control2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤壮太
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Elucidation of the regulatory mechanism of RQC by deubiquitination2022

    • 著者名/発表者名
      友松翔太
    • 学会等名
      RNA frontier meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] リボソームタンパク質RPL26 のUFMylation によるRQC の制御機構の解析2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤壮太
    • 学会等名
      RNA frontier meeting 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 異常翻訳の実体である衝突リボソームの解消機構

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00220.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 非典型翻訳反応における翻訳因子eIF5Aの機能の解明

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00218.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] リボソームの異常な交通渋滞を選別するしくみを解明

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00211.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 機能欠損リボソームを異常として認識・排除する仕組み

    • URL

      http://www.inada-lab.ims.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/2022/09/press-release-Li-et-al-2022-Mol-Cell.pdf

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] 哺乳類においてリボソームの衝突に対処する仕組み

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00202.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2025-04-17  

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