植物オルガネラのRNA編集複合体を再構築する

• 研究課題/領域番号: 18H02462
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分44030:植物分子および生理科学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 竹中 瑞樹 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10796163)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
• キーワード: RNA編集 / PPRタンパク質 / シチジンデアミナーゼ / ミトコンドリア / RNA結合タンパク質 / 葉緑体 / DYWドメイン / 転写後調節 / MORFタンパク質 / RNA 編集 / 植物ミトコンドリア / PPR / タンパク質複合体

研究成果の概要

陸上植物のミトコンドリアと葉緑体ではRNA上の特定のC(シチジン)がU(ウリジン)に変換されるRNA編集が存在する。これまでRNA編集に関与する因子が多数単離されてきたが、その詳しい分子機構は未解明であった。本研究では、RNA編集因子であるPPRタンパク質を用いて、RNA編集タンパク質を大腸菌内や試験管内で再現することに成功した。また長年謎であったRNA編集酵素の構造を決定し、その分子的機能を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義：現象としては30年以上前から知られていた植物オルガネラのRNA編集を一つのタンパク質で試験管内で再現したこと、また長年謎であったRNA編集酵素の構造を解明したことは学術的に大きな意義があり、この分野における大きなブレークスルーとなった。
社会的意義：植物オルガネラに独特なRNA編集に関わる分子機構、特に酵素を特定したことで植物生産性を上げ、持続可能な農業の発展に寄与することが期待される。またこのシステムを用いることで遺伝病、ガンなど遺伝子変異によって引き起こされる病気治療の新たな手法の開発も期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Greifswald/University Ulm/Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [国際共同研究] Univerity Ulm/University of Bonn/Helmholtz-Zentrum Berlin(ドイツ)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum/Ulm University/Bonn University(ドイツ)
• [国際共同研究] CONICET - University of Mar del Plata(アルゼンチン)
• [国際共同研究] University of Nebraska-Lincoln(米国)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [国際共同研究] Institute of Plant Science Paris-Saclay(フランス)
• [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum/Ulm University/Bonn University(ドイツ)
• [国際共同研究] CONICET - University of Mar del Plata(アルゼンチン)
• [国際共同研究] Institute of Plant Science Paris-Saclay(フランス)
• [国際共同研究] University of Nebraska-Lincoln(米国)
• [国際共同研究] The Hebrew University of Jerusalem(イスラエル)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Quantification of Mitochondrial RNA Editing Efficiency Using Data (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mizuki
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2363 ページ: 263-278
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1653-6_18
  • ISBN: 9781071616529, 9781071616536
  • 査読あり
• [雑誌論文] DYW domain structures imply an unusual regulation principle in plant organellar RNA editing catalysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mizuki、Takenaka Sachi、Barthel Tatjana、Frink Brody、Haag Sascha、Verbitskiy Daniil、Oldenkott Bastian、Schallenberg-Ru?dinger Mareike、Feiler Christian G.、Weiss Manfred S.、Palm Gottfried J.、Weber Gert
  • 雑誌名: Nature Catalysis 巻: 4 号: 6 ページ: 510-522
  • DOI: 10.1038/s41929-021-00633-x
  • NAID: 120007089252
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A single nucleotide substitution in the coding region of Ogura male sterile gene, orf138, determines effectiveness of a fertility restorer gene, Rfo, in radish. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Yamagishi, Megumi Jikuya, Kanako Okushiro, Ayako Hashimoto, Asumi Fukunaga, Mizuki Takenaka and Toru Terachi
  • 雑誌名: Mol. Genet. Genomics 巻: - 号: 3 ページ: 705-717
  • DOI: 10.1007/s00438-021-01777-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Pentatricopeptide Repeat Protein PGR3 Is Required for the Translation of petL and ndhG by Binding Their 5′ UTRs (2021)
  • 著者名/発表者名: Higashi Haruka、Kato Yoshinobu、Fujita Tomoya、Iwasaki Shintaro、Nakamura Masayuki、Nishimura Yoshiki、Takenaka Mizuki、Shikanai Toshiharu
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: - 号: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa180
  • 査読あり
• [雑誌論文] One C-to-U RNA Editing Site and Two Independently Evolved Editing Factors: Testing Reciprocal Complementation with DYW-Type PPR Proteins from the Moss Physcomitrium (Physcomitrella) patens and the Flowering Plants Macadamia integrifolia and Arabidopsis (2020)
  • 著者名/発表者名: Oldenkott Bastian、Burger Matthias、Hein Anke-Christiane、J?rg Anja、Senkler Jennifer、Braun Hans-Peter、Knoop Volker、Takenaka Mizuki、Schallenberg-R?dinger Mareike
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 32 号: 9 ページ: 2997-3018
  • DOI: 10.1105/tpc.20.00311
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MEF46 and MEF47 are novel specificity factors for RNA editing sites in mitochondrial nad transcripts (2020)
  • 著者名/発表者名: Brehme Nadja、Glass Franziska、J?rg Anja、Takenaka Mizuki
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 53 ページ: 121-127
  • DOI: 10.1016/j.mito.2020.05.002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mitochondrial Pentatricopeptide Repeat Protein, EMB2794, Plays a Pivotal Role in NADH Dehydrogenase Subunit nad2 mRNA Maturation in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Marchetti Fernanda、Cainzos Maximiliano、Shevtsov Sof?a、C?rdoba Juan Pablo、Sultan Laure Dora、Brennicke Axel、Takenaka Mizuki、Pagnussat Gabriela、Ostersetzer-Biran Oren、Zabaleta Eduardo
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 6 ページ: 1080-1094
  • DOI: 10.1093/pcp/pcaa028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Analysis of the Editing Defects in the dyw2 Mutant Provides New Clues for the Prediction of RNA Targets of Arabidopsis E+-Class PPR Proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Malbert Bastien、Burger Matthias、Lopez-Obando Mauricio、Baudry Kevin、Launay-Avon Alexandra、Haertel Barbara、Verbitskiy Daniil、Joerg Anja、Berthome Richard、Lurin Claire、Takenaka Mizuki、Delannoy Etienne
  • 雑誌名: Plants 巻: 9 号: 2 ページ: 280-280
  • DOI: 10.3390/plants9020280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plant organellar RNA editing: what 30?years of research has revealed (2020)
  • 著者名/発表者名: Small Ian D.、Schallenberg‐Ruedinger Mareike、Takenaka Mizuki、Mireau Hakim、Ostersetzer‐Biran Oren
  • 雑誌名: The Plant Journal 巻: 101 号: 5 ページ: 1040-1056
  • DOI: 10.1111/tpj.14578
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNA editing mutants as surrogates for mitochondrial SNP mutants (2019)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mizuki、Joerg Anja、Burger Matthias、Haag Sascha
  • 雑誌名: Plant Physiology and Biochemistry 巻: 135 ページ: 310-321
  • DOI: 10.1016/j.plaphy.2018.12.014
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 構造解析から見えてきた植物オルガネラのRNA編集反応の分子機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹中 瑞樹
  • 学会等名: 第24回植物オルガネラワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 植物オルガネラのC-to-U RNA編集酵素の構造が示すユニークな活性制御機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹中 瑞樹
  • 学会等名: 63rd 日本植物生理学会
  • 招待講演
• [学会発表] DYWドメインのシチジンデアミナーゼ活性は標的シチジンとその周辺配列に依存する (2021)
  • 著者名/発表者名: 前田彩子、竹中佐知、竹中瑞樹
  • 学会等名: 62nd 日本植物生理学会
• [学会発表] The DYW deaminase domains of plant C-to-U RNA editing factors contribute target site selection (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Sachi Takenaka, Tatjana Barthel, Brody Frink, Sascha Haag, Daniil Verbitskiy, Bastian Oldenkott, Mareike Schallenberg-Ruedinger, Christian G. Feiler Manfred S. Weiss, Gottfried J. Palm, Gert Weber
  • 学会等名: 第22回 日本RNA学会
• [学会発表] DTWドメインのシチジンデアミナーゼ活性は標的シチジンとその周辺配列に依存する (2021)
  • 著者名/発表者名: 前田 彩子、竹中 佐知、竹中 瑞樹
  • 学会等名: 第62回 日本植物生理学会年会
• [学会発表] On the C-terminal DYW domain of PPR type RNA editing factors in plant organelles (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Brody Frink, Ayako Maeda, Sachi Takenaka, Matthias Burger, Gert Weber
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会
• [学会発表] RNA編集因子のDYWドメインはRNA配列の認識に関与するのか (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田彩子、竹中佐知、竹中瑞樹
  • 学会等名: 第61回日本植物生理学会
• [学会発表] Multiple RNA editing factors form active protein complexes in plant organelles (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Matthias Burger, Sascha Haag, Anja Zehrmann, Gert Weber
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] Molecular machinery of C to U RNA editing in plant mitochondria and chloroplasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka
  • 学会等名: 第92回日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 植物オルガネラRNA editing複合体のフロンティア (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹中瑞樹
  • 学会等名: 第136回日本植物育種学会
  • 招待講演
• [学会発表] C-to-U RNA editing in chloroplasts and plant mitochondria requires PPR proteins and several co-factors (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Matthias Burger, Sascha Haag, Anja Zehrmann, Brody Frink, Ayako Maeda, Sachi Takenaka, Gert Weber
  • 学会等名: 1st Japan-US Binational Seminer
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 植物オルガネラのRNA編集を担う酵素とその複合体 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹中瑞樹
  • 学会等名: 植物RNA研究ネットワークシンポジウム
• [学会発表] Dimerization is required for function of MORF proteins in the RNA editing complex in plant organelles. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka
  • 学会等名: Gordon Research Conference: RNA editing, Lucca, Italy
  • 国際学会
• [学会発表] Reassembly of complex plant RNA editosomes in mitochondria of Marchantia polymorpha. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka
  • 学会等名: 11th International congress of plant mitochondria, Ein Gedi, Israel
  • 国際学会
• [学会発表] RNA editing factors in chloroplasts (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka
  • 学会等名: International Symposium on Photosynthesis and Chloroplast Biogenesis, Kurashiki
• [学会発表] Function of MORF proteins in RNA editosomes of plant organelles. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka
  • 学会等名: The 1st Asia-Oceania International Congress on Photosynthesis, Beijing, China
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Requirement of Various Protein Combinations for Each C-to-U RNA Editosome in Plant Organelles. RNA Metabolism in Mitochondria. Nucleic Acids and Molecular Biology, vol 34 (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takenaka, Anja Joerg, Matthias Burger, Sascha Haag
  • 出版者: Springer
• [図書] The Yeast Three-Hybrid System for Protein Interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Franziska Glass, Mizuki Takenaa
  • 出版者: Humana Press, New York, NY
• [備考] RNA上の遺伝情報を書き換える酵素であるDYWドメインの構造を解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-06-23-0
• [備考] Mizuki Takenaka's lab
  • URL: https://sites.google.com/site/mizukitakenakassite/home
• [備考] 京都大学理学研究科 竹中 瑞樹
  • URL: http://www.sci.kyoto-u.ac.jp/ja/research/researcher/mizukitakenaka-bi.html
• [備考] 京都大学理学研究科 植物分子遺伝学
  • URL: https://sites.google.com/view/shikanailab/