働く新生鎖の生理機能と分子機構

• 研究領域: 新生鎖の生物学
• 研究課題/領域番号: 26116008
• 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: 京都産業大学
• 研究代表者: 千葉 志信 京都産業大学, 総合生命科学部, 准教授 (20523517)
• 研究分担者: 伊藤 維昭 京都産業大学, 研究機構, シニアリサーチフェロー (90027334)
• 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: 90,220千円 (直接経費: 69,400千円、間接経費: 20,820千円); 2018年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2017年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2016年度: 15,210千円 (直接経費: 11,700千円、間接経費: 3,510千円); 2015年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円); 2014年度: 29,510千円 (直接経費: 22,700千円、間接経費: 6,810千円)
• キーワード: 翻訳アレスト / リボソーム / 機能性新生鎖 / タンパク質局在化 / 新生鎖 / 蛋白質局在化

研究成果の概要

翻訳の途上で生理機能を発揮する機能性新生鎖である枯草菌MifMや大腸菌SecMの機能解析、ならびに分子機構の解析を行った。共同研究により、枯草菌MifMとリボソームの複合体の構造を明らかにし、それに基づいた遺伝学的な解析を併せて、翻訳アレストに必要なMifMとリボソームの相互作用の詳細を明らかにした。さらに、MifMとリボソームとの相互作用が、リボソームの表面を含めた広範囲で起こることを示した。MifMの翻訳アレストの解除には、タンパク質膜組込装置YidCの親水性の溝が重要なはたらきをしていることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質は合成が完了した後に生理機能を発揮するのが一般的であるが、合成の途上でのみ生理機能を発揮する風変わりなタンパク質が近年見出された。本研究で対象とした枯草菌MifMや大腸菌SecMもそのような因子である。これらの因子は、自身の合成を途中で一時停止することで生理機能を発揮する。本研究では、構造学、生化学、遺伝学的手法を駆使してその分子機構の解明を目指した。その結果、これらの因子とタンパク質合成装置リボソームとの相互作用様式の詳細が明らかとなった。これらの因子がどうやって合成途上で機能を発揮するのかという基本的な問題を理解する上で意義深いものとなった。

研究成果

• [国際共同研究] University of Hambrug/University of Munich(ドイツ)
• [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Heat shock transcription factor σ³² defective in membrane transport can be suppressed by transposon insertion into genes encoding a restriction enzyme subunit or a putative autotransporter in <i>Escherichia coli</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Yura Takashi、Miyazaki Ryoji、Fujiwara Keigo、Ito Koreaki、Chiba Shinobu、Mori Hiroyuki、Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 93 号: 6 ページ: 229-235
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00040
  • NAID: 130007582071
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] 調節性翻訳アレストペプチドによる細胞機能の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉 志信
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 号: 2 ページ: 147-157
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.900147
  • NAID: 40021617371
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2018-04-25
• [雑誌論文] MifM-instructed translation arrest involves nascent chain interactions with the exterior as well as the interior of the ribosome (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Keigo、Ito Koreaki、Chiba Shinobu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28628-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring substrate enables real-time regulation of a protein localization pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Koreaki、Mori Hiroyuki、Chiba Shinobu
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 365 号: 11 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1093/femsle/fny109
  • 査読あり
• [雑誌論文] 終止コドンに依らず翻訳を途中終了させる酸性アミノ酸の連続配列 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田口英樹、茶谷悠平、千葉志信、伊藤維昭
  • 雑誌名: B&I 巻: 76 ページ: 239-241
  • NAID: 40021578678
• [雑誌論文] 翻訳途上の新生ポリペプチド鎖が引き起こすリボソームの不安定化とその生理的意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 茶谷悠平、千葉志信、伊藤維昭、田口英樹
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 36 ページ: 1364-1367
• [雑誌論文] Intrinsic Ribosome Destabilization Underlies Translation and Provides an Organism with a Strategy of Environmental Sensing (2017)
  • 著者名/発表者名: Chadani Yuhei、Niwa Tatsuya、Izumi Takashi、Sugata Nobuyuki、Nagao Asuteka、Suzuki Tsutomu、Chiba Shinobu、Ito Koreaki、Taguchi Hideki
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 68 号: 3 ページ: 528-539
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.10.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated in vivo and in vitro nascent chain profiling reveals widespread translational pausing. (2016)
  • 著者名/発表者名: Chadani Y, Niwa T, Chiba S, Taguchi, H., Ito K.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 巻: 113 号: 7
  • DOI: 10.1073/pnas.1520560113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hydrophilic microenvironment required for the channel-independent insertase function of YidC protein. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimokawa-Chiba, N., Kumazaki, K., Tsukazaki, T., Nureki, O., Ito, K. and Chiba, S.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 112 号: 16 ページ: 5063-5068
  • DOI: 10.1073/pnas.1423817112
  • NAID: 120005716850
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of the Bacillus subtilis 70S ribosome reveals the basis for species-specific stalling. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sohmen, D., Chiba, S., Shimokawa-Chiba, N., Innis, A., Berninghausen, O., Beckmann, R., Ito, K. and Wilson, D.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 6 号: 1 ページ: 6941-6941
  • DOI: 10.1038/ncomms7941
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nascent chain-monitored remodeling of the Sec machinery for salinity adaptation of marine bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii, E., Chiba, S., Hashimoto, N., Kojima, S., Homma, M., Ito, K., Akiyama, Y. and Mori, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 40
  • DOI: 10.1073/pnas.1513001112
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MifM monitors total YidC activities of Bacillus subtilis including that of YidC2, the target of regulation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Chiba, S. and Ito, K
  • 雑誌名: J Bacteriol 巻: 197 号: 1 ページ: 99-107
  • DOI: 10.1128/jb.02074-14
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of a SecM segment required for export-coupled release from elongation arrest. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamori, K., Chiba, S. and Ito, K.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: 588 号: 17 ページ: 3098-3103
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2014.06.038
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Identification and characterization of novel translation-arrest peptides in bacteria (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: International symposium Proteins; from the cradle to the grave
  • 国際学会
• [学会発表] Things that I am proud of, ...or rather trivial? (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: International symposium Proteins; from the cradle to the grave
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規翻訳アレスト因子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: ２０１８年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
• [学会発表] Characterization of novel translation-arrest peptides encoded upstream of genes for protein localization machinery (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: CSHL meeting: Translational control
  • 国際学会
• [学会発表] Monitoring substrate enables real-time regulation of a protein localization pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: "BACTERIAL PROTEIN EXPORT 2018"
  • 国際学会
• [学会発表] Translation-arrest peptides encoded upstream of genes for protein localization machinery (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: "BACTERIAL PROTEIN EXPORT 2018"
  • 国際学会
• [学会発表] 新規調節性アレストペプチドの探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Studying co-translational protein dynamics using force-sensing arrest peptides (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: RIBOSOME 2019 meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Nascent polypeptide handling of the translating ribosome (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: Microbial Genetics and Genomics VII
  • 国際学会
• [学会発表] Screening of translation arrest-releasable elements (2017)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: 新学術領域「新生鎖の生物学」主催・国際シンポジウム「Protein Quality Control」
  • 国際学会
• [学会発表] トランスロコンから翻訳に立ち返って（Revisiting translation after the translocon） (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: 第１７回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] MifMの翻訳アレストを解除できる因子のスクリーニング (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原圭吾、樫祐太朗、伊藤維昭、千葉志信
  • 学会等名: 2017年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
• [学会発表] Screening of Translation Arrest-Releasable Elements (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤原圭吾、樫祐太朗、伊藤維昭、千葉志信
  • 学会等名: 新学術領域「新生鎖の生物学」若手ワークショップ2017
• [学会発表] 生命を支える動的翻訳とタンパク質の一生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: アイエム翻訳サービス株式会社主催 第３回医薬翻訳セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Nascent polypeptide handling of the translating ribosome (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: THE INs-and-OUTs OF MEMBRANE BIOLOGY
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質誕生の秘密 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: 大隅良典氏ノーベル賞受賞記念「七人の侍」講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 遺伝情報の翻訳に携わる分子の自律性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 伊藤維昭
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] チャネル非依存的タンパク質膜挿入装置YidCの分子機構解明に向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、下川（千葉）直美、美濃部隼、伊藤維昭
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] 自身の翻訳伸長を制御する枯草菌MifMの分子機構と生理機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、Daniel Sohmen、Daniel Wilson、藤原圭吾、下川（千葉）直美、伊藤維昭
  • 学会等名: 第4回リボソームミーティング
  • 発表場所: 大阪医大
  • 年月日: 2016-09-17
• [学会発表] 上流ORFによる翻訳アレストを介したタンパク質膜組込装置のモニタリングと発現調節 (2016)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
  • 発表場所: 三島
  • 年月日: 2016-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] A nascent chain-based reporter to study the mechanism of membrane protein insertion (2016)
  • 著者名/発表者名: Naomi Shimokawa-Chiba, Shun Minobe, Koreaki Ito, Shinobu Chiba
  • 学会等名: Nascent Chain Biology Meeting 2016
  • 発表場所: 河口湖
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamic translation entails nascent polypeptides as active players in gene regulation and protein biogenesis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Koreaki Ito
  • 学会等名: Nascent Chain Biology Meeting 2016.
  • 発表場所: 河口湖
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nascent chain-mediated monitoring of protein localization machineries. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Chiba, Eiji Ishii, Yoshinori Akiyama, Koreaki Ito, Hiroyuki Mori
  • 学会等名: EMBO Ribosome Structure and Function 2016
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Nascent chain-mediated monitoring of the membrane protein biogenesis factor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Chiba
  • 学会等名: Nascent Biology and Ribosome Functions
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-06-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Use of Bacillus subtilis MifM to dissect the YidC functions to facilitate membrane protein insertion (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Chiba, Naomi Shimokawa-Chiba, Koreaki, Ito
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Galveston, TX, USA
  • 年月日: 2016-03-06
  • 国際学会
• [学会発表] Nascent chain-mediated monitoring of a protein localization machinery (2016)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: 第18回Tokyo RNA Club
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2016-01-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nascent chain-mediated monitoring of the membrane protein biogenesis pathway (2015)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信
  • 学会等名: Nascent Chain Biology Meeting 2015 in Tokyo
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 枯草菌MifM翻訳途上鎖とリボソームとの相互作用様式の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、Daniel Sohmen、千葉（下川）直美、伊藤維昭、Daniel Wilson
  • 学会等名: 2015年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 滋賀県大津市
  • 年月日: 2015-08-27
• [学会発表] YidCによるタンパク質膜組込機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、熊崎薫、塚崎智也、濡木理、伊藤維昭
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] YidCによるチャネルに依存しない蛋白質膜組込機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、熊崎薫、塚崎智也、濡木理、伊藤維昭
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] チャネルに依存しない蛋白質膜組込機構：アレスト因子MifMを利用したYidCの機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、熊崎薫、塚崎智也、濡木理、伊藤維昭
  • 学会等名: 2014年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 鶴岡
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [備考] 千葉研HP
  • URL: http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~k4563/index-j.html
• [備考] 新生鎖の生物学HP
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/nascentbiology/index.html
• [備考] 「リボソームがタンパク質を作る時に、自身（リボソーム）の構造不安定化のリスクを負うこと」を発見！
  • URL: http://www.kyoto-su.ac.jp/news/20171107_850_tanpaku.html
• [備考] 千葉研究室HP
  • URL: http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~k4563/index-j.html