tRNAリボソームプロファイリングの開発と応用

• 研究領域: 新生鎖の生物学
• 研究課題/領域番号: 26116004
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 田中 元雅 国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, チームリーダー (40321781)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 168,740千円 (直接経費: 129,800千円、間接経費: 38,940千円); 2018年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円); 2017年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円); 2016年度: 30,420千円 (直接経費: 23,400千円、間接経費: 7,020千円); 2015年度: 30,290千円 (直接経費: 23,300千円、間接経費: 6,990千円); 2014年度: 47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)
• キーワード: 翻訳 / tRNA / リボソーム / 神経細胞 / mRNA / バイオテクノロジー / ゲノミクス / 新生鎖 / ゲノム / 神経科学 / RNA

研究成果の概要

mRNAの翻訳はすべての生命現象の根幹をなし、その異常は精神・神経変性疾患を含む様々なヒト疾患に関与している。本研究では、翻訳過程を詳細に明らかにするために、翻訳中のリボソームの中に存在するmRNAだけでなくtRNAも含めて解析できる新規なリボソームプロファイリング技術を開発した。その結果、tRNAの異常に伴う新たな翻訳抑制メカニズムを発見した。また、認知症や自閉症のモデルマウスを用いて、それらのマウスが翻訳異常を示すことを見出し、それが社会性の欠如などの精神障害を導くことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

翻訳解析を行うための新たな技術を開発したことで、細胞に対して、環境ストレスなどの変化がmRNAの翻訳過程、ひいてはタンパク質の恒常性維持にどのように影響を与えているかを詳細に解析することが可能になった。また、精神・神経変性疾患モデルマウスを用いて、その脳内や神経細胞内での翻訳異常が社会性の欠如などの精神障害を導くことを見出した本研究によって、翻訳因子や翻訳制御に基づいた、精神障害に対する新たな治療戦略の開発に道を拓くと期待できる。したがって、本研究の成果は、生命科学の広い分野において波及効果を与えたと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)
• [国際共同研究] University College London(英国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学バークレー校(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学サンフランシスコ校(米国)
• [雑誌論文] GABARAPs dysfunction by autophagy deficiency in adolescent brain impairs GABAA receptor trafficking and social behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Hui Kelvin K.、Takashima Noriko、Watanabe Akiko、Chater Thomas E.、Matsukawa Hiroshi、Nekooki-Machida Yoko、Nilsson Per、Endo Ryo、Goda Yukiko、Saido Takaomi C.、Yoshikawa Takeo、Tanaka Motomasa
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 4
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau8237
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct segregation patterns of yeast cell-peripheral proteins uncovered by a method for protein segregatome analysis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama, S., Tanaka., M.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 巻: 116 号: 18 ページ: 8909-8918
  • DOI: 10.1073/pnas.1819715116
  • 査読あり
• [雑誌論文] TAR DNA-Binding Protein 43 and Disrupted in Schizophrenia 1 Coaggregation Disrupts Dendritic Local Translation and Mental Function in Frontotemporal Lobar Degeneration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Endo R, Takashima N, Nekooki-Machida Y, Komi Y, Hui KK, Takao M, Akatsu H, Murayama S, Sawa A, Tanaka M.
  • 雑誌名: Biol Psychiatry. 巻: 84(7) 号: 7 ページ: 509-521
  • DOI: 10.1016/j.biopsych.2018.03.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] リボソームに結合したtRNAの捕捉によるゲノムワイドな翻訳プロファイリング (2018)
  • 著者名/発表者名: チェンウェン チェン、田中元雅
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 23 号: 2 ページ: 608-621
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.03.035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] TDP-43 and DISC1 Co-Aggregation Disrupts Dendritic Local Translation and Mental Function in FTLD (2018)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: International Symposium on “Proteins; from the Cradle to the Grave”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] TDP-43 and DISC1 Co-Aggregation Disrupts Dendritic Local Translation and Mental Function in FTLD (2018)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: Post ICN Neurosceince meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Protein Co-Aggregation Disrupts Local Translation in Dendrites and Mental Function in FTLD (2018)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: The 41st Annual Meeting of the Japanese Neuroscience Society
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide translation profiling by ribosome-bound tRNA capture (2017)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: International Symposium on Protein Quality Control
  • 国際学会
• [学会発表] Abnormal local translation in dendrites impairs cognitive functions in neuropsychiatric disorders (2017)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: The 12th Uehara international symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genome-Wide Translation Profiling by Ribosome-Bound RNA Capture (2016)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜・横浜市
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] リボソーム内tRNAの解析による 環境ストレス細胞プロファイリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中元雅
  • 学会等名: 第89回日本生化学大会
  • 発表場所: 東北大学・仙台市
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] TDP-43/DISC1 Aggregation Impairs Local Dendrite Translation and Mental Function in FTLD (2016)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: Nascent Chain Biology Meeting
  • 発表場所: 富士レークホテル・ 山梨県南都留郡
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ribosome-bound RNA Profiling for Translation Control Studies in Yeast (2016)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: RNA2016 satellite-symposium
  • 発表場所: 京都大学・京都市
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of impaired dendritic local translation in neuropsychiatric disorders (2015)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: RNA regulation and neuroscience
  • 発表場所: 東北大学、仙台市
  • 年月日: 2015-10-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Global analysis of translation inhibition caused by environmental stressors in yeast (2015)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: Nascent-chain Biology Meeting 2015 in Tokyo
  • 発表場所: 東京大学、東京
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel translational analysis focusing on tRNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Motomasa Tanaka
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] tRNAリボソームプロファイリングの技術開発と翻訳解析への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中元雅
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: ワークピア横浜
  • 年月日: 2014-06-27
  • 招待講演
• [図書] 分子精神医学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 遠藤良、田中元雅
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 先端医学社
• [備考] タンパク質の共凝集化による精神障害の発現
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180614_1/
• [備考] オートファジー機能の欠損が自閉症様行動を誘導
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2019/20190411_1/
• [備考] 細胞分裂時のタンパク質分配の偏りを網羅的に解析
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2019/20190426_3/
• [備考] 翻訳中tRNAの網羅的解析手法を開発
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180411_1/
• [産業財産権] タンパク質合成を解析する方法、及びその利用 (2018)
  • 発明者名: Chien-Wen Chen, Motomasa Tanaka
  • 権利者名: Chien-Wen Chen, Motomasa Tanaka
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
• [学会・シンポジウム開催] Nascent Chain Biology Meeting (2016)
  • 発表場所: 富士レークホテル
  • 年月日: 2016-09-01