栄養応答における新規転写後制御機構の解明

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 22119006
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 内藤 哲 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20164105)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 94,640千円 (直接経費: 72,800千円、間接経費: 21,840千円); 2014年度: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2013年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2012年度: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2011年度: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2010年度: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円)
• キーワード: mRNA分解 / リボソーム / 翻訳停止 / 試験管内翻訳系 / シロイヌナズナ / 試験管内翻

研究成果の概要

植物におけるメチオニン合成の鍵となる段階を触媒するCGS酵素遺伝子（CGS1）はS-アデノシルメチオニン（SAM）に応答してSer-94コドンで翻訳を一時停止し，これと共役してmRNA分解をひき起こす。試験管内翻訳系を用いた解析により，翻訳停止に伴って新生ペプチドが縮んだコンフォメーションを取り、リボソーム出口トンネルとの相互作用が変化すること，および９コドン間隔で後続のリボソームが追突することを明らかにした。
一般的なmRNA分解ではポリA鎖の短縮化が最初かつ律速段階とされる． SAMに応答したCGS1 mRNA分解ではこれとは異なり，ポリA鎖の短縮化が起らないことを見いだした。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of novel Arabidopsis thaliana upstream open reading frames that control expression of the main coding sequences in a peptide sequence-dependent manner. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ebina I, Takemoto-Tsutsumi M, Watanabe S, Koyama H, Endo Y, Kimata K, Igarashi T, Murakami K, Kudo R, Ohsumi A, Noh AL, Takahashi H, Naito S, Onouchi H
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 43 号: 3 ページ: 1562-1576
  • DOI: 10.1093/nar/gkv018
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polyamine-responsive ribosomal arrest at the stop codon of an upstream open reading frame of the AdoMetDC1 gene triggers nonsense-mediated mRNA decay in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama-Kadokura N, Murakami K, Takemoto M, Koyanagi N, Murota K, Naito S, Onouchi H
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 55 号: 9 ページ: 1556-1567
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu086
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The N-terminal cleavable pre-sequence encoded in the first exon of cystathionine γ-synthase contains two different functional domains for chloroplast targeting and regulation of gene expression. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara-Komoda Y, Sugiyama T, Yamashita Y, Onouchi H, Naito S
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 55 号: 10 ページ: 1779-1779
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu110
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A U-system approach for predicting metabolic behaviors and responses based on an alleged metabolic reaction network. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sriyudthsak K, Sawada Y, Chiba Y, Yamashita Y, Kanaya S, Onouchi H, Fujiwara T, Naito S, Voit EO, Shiraishi F, Hirai MY
  • 雑誌名: BMC Systems Biology 巻: 8 号: S5
  • DOI: 10.1186/1752-0509-8-s5-s4
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ribosomes in a Stacked Array : Elucidation of the Step in Translation Elongation at Which They Are Stalled During S-Adenosyl-L-methionine-Induced Translation Arrest of CGS1 mRNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Yui Yamashita, Yoshitomo Kadokura, Naoyuki Sotta, Toru Fujiwara, Ichigaku Takigawa, Akiko Satake, Hitoshi Onouchi, and Satoshi Naito
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: (印刷中) 号: 18 ページ: 12693-12704
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.526616
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A halt in poly(A) shortening during <i>S</i>-adenosyl-L-methionine-induced translation arrest in <i>CGS1</i> mRNA of <i>Arabidopsis thaliana</i> (2013)
  • 著者名/発表者名: Yui Yamashita, Ingrid Lambein, Soko Kobayashi, Hitoshi Onouchi, Yukako Chiba and Satoshi Naito
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 88 号: 4 ページ: 241-249
  • DOI: 10.1266/ggs.88.241
  • NAID: 130003390805
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in mRNA stability associated with cold stress in Arabidopsis cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Chiba Y, Mineta K, Hirai MY, Suzuki S, Kanaya S, Takahashi H, Onouchi H, Yamaguchi J, Naito S
  • 雑誌名: Plant Cell Physiol 巻: 54 号: 2 ページ: 180-194
  • DOI: 10.1093/pcp/pcs164
  • NAID: 10031145661
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arabidopsis cell-free extract, ACE, a new in vitro translation system derived from Arabidopsis callus cultures (2011)
  • 著者名/発表者名: Murota K
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 52 ページ: 1443-1453
  • 査読あり
• [雑誌論文] S-Adenosyl-L-methionine Induces Compaction of Nascent Peptide Chain inside the Ribosomal Exit Tunnel upon Translation Arrest in Arabidopsis CGS1. (2011)
  • 著者名/発表者名: 尾上典之, 山下由衣, 長尾信宏, 後藤デレック, 尾之内均, 内藤哲
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] シロイヌナズナにおける最小uORFを介したホウ素依存的なリボソーム停滞によるmRNA分解・翻訳効率の制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，反田直之，三輪京子，山下由衣，千葉由佳子，尾之内均，内藤 哲、藤原 徹
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1遺伝子の翻訳アレストにおける新生ペプチドの収縮とリボソーム出口トンネルの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋悠文，山下由衣，尾上典之，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 低温ストレスに応答したmRNA合成と分解の協調的制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒江星拓，以西史織，峯田克彦，平井優美，鈴木悠也，金谷重彦，山口淳二，内藤 哲，千葉由佳子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおける翻訳アレスとに先立って起こるリボソームの状態変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣，榊原 知，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] 最小uORF上でのホウ素依存的なリボソーム停滞を介した遺伝子発現制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，反田直之，三輪京子，千葉由佳子，尾之内均，内藤 哲、藤原 徹
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] 低温ストレスに応答したmRNA合成と分解の協調的制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉由佳子，以西史織，峯田克彦，平井優美，鈴木悠也，金谷重彦，山口淳二，内藤 哲
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] Coordinated regulations of mRNA synthesis and degradation during cold acclimation in Arabidopsis cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Chiba, Y., Isai, S., Mineta, K., Hirai, M.Y., Suzuki, Y., Kanaya, S., Yamaguchi, J., Naito, S.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference, Post-transcriptional Control of Gene Expression: Mechanisms of mRNA Decay
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [学会発表] Ribosomes stack and are arrested at the early step of translocation upon S-adenosyl-L-methionine-induced translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., Kadokura, Y., Sotta, N., Fujiwara, T., Satake, A., Tagigawa, I., Onouchi, H., Naito, S.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference, Post-transcriptional Control of Gene Expression: Mechanisms of mRNA Decay
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [学会発表] 環境変化に適応するためのmRNA分解制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木悠也，以西史織，荒江星拓，峰田克彦，平井優美，山口淳二，Pamela J. Green，内藤 哲、千葉由佳子
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学（富山市）
• [学会発表] 低温ストレス応答に関わるCBF遺伝子のmRNA分解制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 以西史織，峰田克彦，平井優美，鈴木悠也，山口淳二，内藤 哲、千葉由佳子
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学 (富山市)
• [学会発表] ホウ素に応答してリボソームは最小uORF，AUGUAAで停止する (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，三輪京子，千葉由佳子，尾之内均、内藤 哲，藤原 徹
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学 (富山市)
• [学会発表] A halt in poly(A) shortening during S-adenosyl-L-methionine-induced translation arrest in CGS1 mRNA of Arabidopsis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yui Yamashita, Ingrid Lambein, Soko Kobayashi, Hitoshi Onouchi, Yukako Chjiba, Satoshi Naito
  • 学会等名: 第55回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 富山大学 (富山市)
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおけるリボソームの停滞と新生ペプチドの収縮 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内藤 哲
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
  • 年月日: 2013-03-21
• [学会発表] 栄養センサーとしてのリボソーム：シロイヌナズナにおけるメチオニン生合成のフィードバック制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内藤 哲
  • 学会等名: 第54回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山市）
  • 年月日: 2013-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAの翻訳停止におけるリボソーム出口トンネルの解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大橋悠文，尾上典之，尾之内均、内藤 哲
  • 学会等名: 第15回日本RNA学会年会
  • 発表場所: 愛媛県民文化会館 (松山市)
• [学会発表] S-アデノシルメチオニンはシロイヌナズナCGS1 mRNAにおける翻訳アレストに先立って新生ペプチドの収縮を引き起こす (2013)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第15回日本RNA学会年会
  • 発表場所: 愛媛県民文化会館 (松山市)
• [学会発表] シロイヌナズナホウ素輸送隊遺伝子のホウ素栄養条件に応じた発現はshort uORFを介して起こる (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，千葉由佳子，三輪京子，尾之内均、内藤 哲，藤原 徹
  • 学会等名: 第15回日本RNA学会年会
  • 発表場所: 愛媛県民文化会館 (松山市)
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAの翻訳制御におけるリボソームの停滞と新生ペプチドの収縮 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第31回日本植物細胞分子生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌市)
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1遺伝子の転写後制御機構におけるリボソーム出口トンネルの研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大橋悠文，尾之内均、内藤 哲
  • 学会等名: 第31回日本植物細胞分子生物学会大会
  • 発表場所: 北海道大学 (札幌市)
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1遺伝子の転写後制御にかかわるヌクレアーゼ因子同定に向けた生化学的解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤 哲
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡市）
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] メチオニン生合成制御を基軸とした新規転写後制御機構の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤 哲
  • 学会等名: 第30回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学(生駒市）
  • 年月日: 2012-08-03
  • 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおける複数のリボソームの停滞：キューろマイシンを用いた翻訳伸長停止段階の特定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内藤 哲
  • 学会等名: 第14回日本RNA学会年会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市）
  • 年月日: 2012-07-18
• [学会発表] Ribosome as a nutrient sensor, Mechanism of feedback regulation of methionine biosynthesis in Arabidopsis (2012)
  • 著者名/発表者名: Naito, S.
  • 学会等名: Plant RNA Workshop
  • 発表場所: Hofburg Imperial Palace, Vienna (Austria)
  • 年月日: 2012-07-08
• [学会発表] Autonomously arrested ribosome and those stacked behind it are in different states during translation elongation arrest induced by S-adenosyl-L- methionine in Arabidopsis CGS1 mRNA (2012)
  • 著者名/発表者名: Naito, S.
  • 学会等名: 23rd International Conference on Arabidopsis Research
  • 発表場所: Gregor Mendel Institute, Vienna (Austria)
  • 年月日: 2012-07-03
• [学会発表] シロイヌナズナのホウ素輸送体NIP5;1遺伝子のホウ素に応答したmRNA蓄積の制御機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナ細胞抽出液を用いたシロイヌナズナのシスタチオニンγ-シンターゼmRNAの分解中間体の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 室田勝功
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおける複数のリボソームの停滞とその部分翻訳産物の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] 低温ストレス応答に関連したmRNA分解制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 千葉由佳子
  • 学会等名: 第53回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 京都産業大学(京都市)
  • 年月日: 2012-03-17
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおけるリボソームの追突によって生じる複数の部分翻訳産物の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] Nascent peptide-mediated translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA that occurs in response to S-adenosyl-L-methionine (2011)
  • 著者名/発表者名: Onoue N
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] S-アデノシルメチオニンに応答したシロイヌナズナCGS1 mRNAにおける翻訳伸長の一時停止とリボソーム内新生ペプチドの収縮構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣
  • 学会等名: 第29回日本植物細胞分子生物学会
  • 発表場所: 九州大学(福岡市)
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Translation arrest and CGS1 nascent peptide compaction in Arabidopsis (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Y
  • 学会等名: 16th Annual Meeting of the RNA Society
  • 発表場所: 京都国際会議場(京都市)
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] Conformation changes of the ribosome-nascent peptide complex that occurs during S-adenosyl-L-methionine-induced translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA (2011)
  • 著者名/発表者名: Onoue N
  • 学会等名: 16th Annual Meeting of the RNA Society
  • 発表場所: 京都国際会議場(京都市)
  • 年月日: 2011-06-16
• [学会発表] S-アデノシルメチオニンはシロイヌナズナCGS1新生ペプチドに縮んだ構造をとらせる (2011)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣, 尾上典之, 尾之内均, 内藤哲
  • 学会等名: 第52回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 年会(仙台,東北大学)は地震により中止となったが,要旨集の公開をもって成立(学会HP http://www.jspp.org/参照)
  • 年月日: 2011-03-11
• [学会発表] CGS1遺伝子発現の転写後自己制御機構:翻訳アレストに関与する配列の解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中西健彦, 古家由理, 尾上典之, 尾之内均, 内藤哲
  • 学会等名: 第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸,神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2010-12-08
• [備考] リボソームによる細胞内環境の検知と遺伝子発現制御
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research.html
• [備考] 新生ペプチドによる翻訳停止と共役したmRNA分解
  • URL: http://arabi4.agr.hokudai.ac.jp/Research/CGS1/CGS1.html