HCV IRESによるリボソーム・ハイジャックの分子機構

• 研究課題/領域番号: 16H04756
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 伊藤 拓宏 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, ユニットリーダー (70401164)
• 研究協力者: 今高 寛晃 ; 重松 秀樹 ; 横山 武司 ; 柏木 一宏
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ウイルス / 生体分子 / 電子顕微鏡 / 翻訳 / 翻訳開始

研究成果の概要

クライオ電子顕微鏡を用いて、HCV IRESが進行中のmRNAの翻訳反応を邪魔することなく、80Sリボソームの40Sサブユニットに結合している構造を捉えることに成功した。蛍光顕微鏡を用いた1分子観察により、IRESが翻訳反応中のリボソームに結合していることを確認した。HCV IRESに依存して翻訳を開始した場合についても、IRESが翻訳反応中のリボソームの40Sサブユニットに結合していることが分かった。生化学的な実験により、HCV IRESに依存した翻訳の開始は、キャップ構造を持つmRNAを翻訳中のリボソームを用いる方が、空のリボソームを用いるよりも、迅速に進むことが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

HCV由来のIRESがこれまで想定されていなかった方法で反応中の翻訳装置リボソームを乗っ取っていることを示した点で画期的である。本研究により明らかになった機構は、HCV由来のIRESと同じような構造を持つ他のウイルスにも共通すると考えられる。従って、IRESとリボソームの40Sサブユニットとの相互作用を阻害する薬剤を開発できれば、効果的な抗ウイルス薬になる可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] UC Berkeley(米国)
• [雑誌論文] The Translation Inhibitor Rocaglamide Targets a Bimolecular Cavity between eIF4A and Polypurine RNA (2019)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Shintaro、Iwasaki Wakana、Takahashi Mari、Sakamoto Ayako、Watanabe Chiduru、Shichino Yuichi、Floor Stephen N.、Fujiwara Koichi、Mito Mari、Dodo Kosuke、Sodeoka Mikiko、Imataka Hiroaki、Honma Teruki、Fukuzawa Kaori、Ito Takuhiro、Ingolia Nicholas T.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 73 号: 4 ページ: 738-748
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2018.11.026
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for eIF2B inhibition in integrated stress response (2019)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi Kazuhiro、Yokoyama Takeshi、Nishimoto Madoka、Takahashi Mari、Sakamoto Ayako、Yonemochi Mayumi、Shirouzu Mikako、Ito Takuhiro
  • 雑誌名: Science 巻: 364 号: 6439 ページ: 495-499
  • DOI: 10.1126/science.aaw4104
  • 査読あり
• [雑誌論文] HCV IRES captures an actively translating 80S ribosome (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Takeshi、Machida Kodai、Iwasaki Wakana、Shigeta Tomoaki、Nishimoto Madoka、Takahashi Mari、Sakamoto Ayako、Yonemochi Mayumi、Harada Yoshie、Shigematsu Hideki、Shirouzu Mikako、Tadakuma Hisashi、Imataka Hiroaki、Ito Takuhiro
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1205-1214
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2019.04.022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamic interaction of poly(A)-binding protein with the ribosome (2018)
  • 著者名/発表者名: Machida Kodai、Shigeta Tomoaki、Yamamoto Yuki、Ito Takuhiro、Svitkin Yuri、Sonenberg Nahum、Imataka Hiroaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 17435-17435
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35753-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell-free synthesis of functional antibody fragments to provide a structural basis for antibody-antigen interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, T.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 13 号: 2 ページ: e0193158-e0193158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0193158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 総説 翻訳開始因子eIF2Bの立体構造-CACH/VWM型白質脳症の発症機構解明への手がかりとして (2017)
  • 著者名/発表者名: 柏木 一宏
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE 巻: 69 号: 1 ページ: 45-50
  • DOI: 10.11477/mf.1416200635
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • 年月日: 2017-01-01
• [雑誌論文] Solution structure of the first RNA recognition motif domain of human spliceosomal protein SF3b49 and its mode of interaction with a SF3b145 fragment (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuwasako, K.
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 26 号: 2 ページ: 280-290
  • DOI: 10.1002/pro.3080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Trm5 and TrmD: two enzymes from distinct origins catalyze the identical tRNA modification, m1G37 (2017)
  • 著者名/発表者名: Goto-Ito, S.
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 7 号: 1 ページ: 32-32
  • DOI: 10.3390/biom7010032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of eIF2B and insights into eIF2-eIF2B interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi, K.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 284 号: 6 ページ: 868-874
  • DOI: 10.1111/febs.13896
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Methyl transfer by substrate signaling from a knotted protein fold (2016)
  • 著者名/発表者名: Christian, T.
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 巻: 23 号: 10 ページ: 941-948
  • DOI: 10.1038/nsmb.3282
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Rocaglamide Aによる配列特異的な翻訳阻害の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤拓宏
  • 学会等名: 第20回日本RNA学会年会
• [学会発表] C型肝炎IRESは翻訳中80Sリボソームに結合し、宿主の翻訳系をハイジャックする (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山武司
  • 学会等名: 第20回日本RNA学会年会
• [学会発表] HCV IRES captures a translating 80S ribosome to hijack host translational machinery (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Takuhiro
  • 学会等名: Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Structural basis for sequence-specific translation inhibition by Rocaglamide A (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Takuhiro
  • 学会等名: Translational Control
  • 国際学会
• [学会発表] HCV IRES captures a translating 80S ribosome to hijack host translational machinery (2018)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Takeshi
  • 学会等名: Translational Control
  • 国際学会
• [学会発表] Structural basis for sequence-specific translation repression by eIF4A and Rocaglamide (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito, T.
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] Crystal structure of eukaryotic translation initiation factor 2B (eIF2B) (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Kashiwagi
  • 学会等名: The RNA Society / The RNA Society of Japan
  • 発表場所: 京都国際会議場(京都)
  • 年月日: 2016-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal sturucture of eukaryotic translation initiation factor 2B (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuhiro Ito
  • 学会等名: Nascent Chain Biology Meeting 2016
  • 発表場所: 富士レークホテル（山梨）
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 翻訳開始因子 eIF2B の結晶構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柏木 一宏
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 年月日: 2016-06-08