非チャネル型タンパク質膜挿入マシーナリーの分子機構の解明

• 研究課題/領域番号: 16H04788
• 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: 細胞生物学
• 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, 生命科学部, 教授 (20523517)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: YidC / タンパク質膜組込 / 膜タンパク質 / バイオジェネシス

研究成果の概要

タンパク質を正しく膜に組み込むしくみは細胞の生育に必須である。本研究課題では、タンパク質膜組込装置YidCによるタンパク質膜組込の分子機構の解明を目指した。以前、我々のグループは、YidCの細胞質領域のヘリックス構造の重要性を見出していたが、この領域のどのような性質が重要であるのかは不明であった。本研究では、YidCの機能に必須な細胞質ヘリックスの重要性を遺伝学的に検討した。その結果、この領域の塩基性残基の重要性が示唆された。また、YidCの活性を阻害する低分子化合物の探索も行った。その結果、YidC活性を阻害することが示唆された化合物が複数見出されつつある。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質の膜への組込は全ての細胞の生育に必須であるため、その分子機構を理解することは、重要である。タンパク質の膜への組込には、チャネル（孔）構造を持つタンパク質の働きが必須であると信じられてきたが、最近、チャネル構造を持たないタンパク質膜組込機構の存在が示唆された。本研究は、理解の進んでいないチャネル非依存的なタンパク質膜組込機構を理解するため、そのひとつであるYidCの解析を行った。その結果、細胞質側ヘリックスの重要な性質の一端が明らかとなり、また、YidCを阻害することが示唆された化合物も幾つか見出された。これらの発見は、YidCの分子機構を理解する上で有用な情報や研究ツールになり得る。

研究成果

• [雑誌論文] Sec translocon has an insertase-like function in addition to polypeptide conduction through the channel (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito Koreaki、Shimokawa-Chiba Naomi、Chiba Shinobu
  • 雑誌名: F1000Research 巻: 8 ページ: 2126-2126
  • DOI: 10.12688/f1000research.21065.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Release factor-dependent ribosome rescue by BrfA in the Gram-positive bacterium Bacillus subtilis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimokawa-Chiba Naomi、Mueller Claudia、Fujiwara Keigo、Beckert Bertrand、Ito Koreaki、Wilson Daniel N.、Chiba Shinobu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 5397-5397
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13408-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 翻訳途上で機能する新生ポリペプチド鎖 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千葉志信、田口英樹
  • 雑誌名: 実験医学 巻: 37 ページ: 3048-3054
• [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
• [学会発表] Nascent polypeptide chain-mediated translation elongation arrest in bacteria (2020)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Chiba
  • 学会等名: BPS2020 (64th Annual Meeting of the Biophysical Society)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MifMおよびSecMの翻訳アレストの解除を指標とした新生鎖の動的過程の系統的調査 (2019)
  • 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: 第16回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] A release factor-dependent ribosome rescue mechanism in Gram-positive bacteria (2019)
  • 著者名/発表者名: Naomi Shimokawa-Chiba、 Claudia Mu_ller、 Keigo Fujiwara、 Bertrand Beckert、 Koreaki Ito、 Daniel N. Wilson、 Shinobu Chiba
  • 学会等名: EMBO Conference (Protein synthesis and translational control)
  • 国際学会
• [学会発表] アレストペプチドによる新生鎖の動態過程の系統的調査 (2019)
  • 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: 令和元年度 グラム陽性菌ゲノム機能会議
• [学会発表] 新規翻訳アレストペプチドの変異解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 崎山歌恋、下川（千葉）直美、千葉志信
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 翻訳アレストの解除を指標とした新生鎖の動的過程の系統的調査 (2019)
  • 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: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] A novel ribosome rescue mechanism in Bacillus subtilis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Chiba
  • 学会等名: ウイルス・再生医科学研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 枯草菌タンパク質膜組込装置YidCを阻害する化合物の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩田成未、千葉志信
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 枯草菌における新規リボソームレスキュー因子の同定と解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 下川（千葉）直美、Claudia Mu_ller、藤原圭吾、Bertrand Beckert、伊藤維昭、Daniel N. Wilson、千葉志信
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 細菌由来の新規翻訳アレスト因子の同定と解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 崎山歌恋、下川（千葉）直美、千葉志信
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] アレストペプチドをフォースセンサーとして利用した新生鎖の動的挙動の網羅的調査 (2019)
  • 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: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 翻訳アレスト因子を利用した大腸菌新生タンパク質の動的挙動の網羅的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樫祐太朗、藤原圭吾、千葉志信
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [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] 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] 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] 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」
• [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 2016. 9. 25-27 仙台（招待講演）
  • 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] 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: 2016-06-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 千葉研究室HP
  • URL: http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~k4563/index-j.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