異常翻訳に起因する品質管理機構におけるリボソームのユビキチン化制御

• 研究課題/領域番号: 19J11326
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分43010:分子生物学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 杉山 誉人 東北大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2019-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: リボソーム / 翻訳 / ユビキチン化 / Ccr4-Not / ZNF598 / 異常翻訳 / mRNA分解 / タンパク質分解 / コドン至適度

研究開始時の研究の概要

異常翻訳時に惹起される品質管理機構として、RQC (Ribosome-associated Quality Control)及び18S NRD (Nonfunctional Ribosomal RNA Decay)が知られている。これらは、リボソームの停滞に起因して惹起されることが報告されているが、その後どのような分子機構で異常産物の分解が誘導されるかは明らかになっていない。近年、申請者らはこれらがリボソームのユビキチン化により惹起されることを明らかにしており、今後、これらの反応に必須な因子の同定、分子基盤の確立、ユビキチン鎖の形成が生体にもたらす影響等を明らかにする。

研究実績の概要

採用第二年度では、翻訳速度遅延時におけるリボソームのユビキチン化制御について解析を行った。
リボソームによる翻訳反応は一定の速度ではなく、緩急をつけて行われている。この翻訳速度の変化は、リボソームへのアミノアシルtRNAのリクルートのしやすさに依存しており、コドン至適度として定義づけられている。また、翻訳速度を遅延させる非至適コドンに富んだmRNAの安定性は相対的に低いことが報告されている。申請者の所属研究室では、国際共同研究により、コドン至適度に依存したmRNA分解は、遺伝子発現を広範に制御するCcr4-Not複合体により誘導されていることを昨年度までに明らかにし、今年度報告した。申請者は、Ccr4-Not複合体の構成成分であるNot4によるリボソームタンパク質eS7のユビキチン化が本反応に重要であることを明らかにした。
また、翻訳伸長反応を阻害するmRNA配列の翻訳は、リボソームの動きを停止させることが明らかになっている。リボソームの衝突は、その mRNA 由来の合成途上のペプチド鎖が産生されないだけではなく、後続のリボソームによる翻訳を阻害するために、細胞にとって有害である。細胞は、これを回避するためにRibosome-associated Quality Control(RQC)と呼ばれる品質管理機構を備えており、異常翻訳を解消している。申請者は、昨年度までに哺乳類細胞におけるRQC関連因子を同定し、今年度はRabbit Reticulocyte Lysateによる試験管内翻訳系を用いたRQC反応の再構成を行なった。その結果、衝突リボソームは、ZNF598によるリボソームタンパク質uS10のK63型ポリユビキチン化を受けること、さらにこの反応がhRQT複合体に依存した解離反応に必要であることを明らかにした。本成果は論文投稿準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ケースウエスタンリザーブ大学(米国)
• [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] ケースウェスタンリザーブ大学(米国)
• [雑誌論文] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality. (2020)
  • 著者名/発表者名: Robert Buschauer*, Yoshitaka Matsuo* (*Co-first author), Takato Sugiyama, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Toshifumi Inada and Roland Beckmann.
  • 雑誌名: Science 巻: 368 号: 6488 ページ: 281-281
  • DOI: 10.1126/science.aay6912
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a novel trigger complex that facilitates ribosome-associated quality control in mammalian cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Satoshi、Sugiyama Takato、Yamazaki Reina、Nobuta Risa、Inada Toshifumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 3422-3422
  • DOI: 10.1038/s41598-020-60241-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality (2020)
  • 著者名/発表者名: Takato Sugiyama, Yoshitaka Matsuo, Robert Buschauer, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina, Thomas Becker, Jeff Coller, Roland Beckmann and Toshifumi Inada
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting :Translational Control (Virtual Conference)
  • 国際学会
• [学会発表] Ccr4-Not 複合体による RQC 制御機構の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: ◯杉山 誉人、友松 翔太、西尾 聡一郎、坂本 一真、松尾 芳隆、稲田 利文
  • 学会等名: 第 21 回日本 RNA 学会年会(東京、2019.7)
• [学会発表] Functional analysis of Ccr4-Not complex in translation elongation and quality control (2020)
  • 著者名/発表者名: ◯Sugiyama T, Buschauer R, Matsuo Y, Tomomatsu S, Nishio S, Sakamoto K, Matsuki Y, Becker T, Coller J, Beckmann R, Inada T.
  • 学会等名: 第 58 回日本薬学会東北支部大会 (宮城、2019.10)
• [学会発表] The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality (2020)
  • 著者名/発表者名: ◯Sugiyama T, Matsuo Y, Buschauer R, Chen YH, Alhusaini N, Sweet T, Ikeuchi K, Cheng J, Matsuki Y, Nobuta R, Gilmozzi A, Berninghausen O, Tesina P, Becker T, Coller J, Beckmann R, Inada T.
  • 学会等名: 新学術領域 ケモユビキチン 第 3 回班会議 (千葉、2019.12)
• [学会発表] 多段階ユビキチン化反応が機能不全リボソームの分解を誘導する (2019)
  • 著者名/発表者名: ◯杉山 誉人、加藤 海輝、池内 健、李 思涵、市村 淳、松尾 芳隆、稲田 利文
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第 85 回例会・シンポジウム (宮城、2019.6)
• [学会発表] 多段階ユビキチン化反応が機能不全リボソームの分解を誘導する (2019)
  • 著者名/発表者名: ◯杉山 誉人、李 思涵、加藤 海輝、池内 健、市村 淳、松尾 芳隆、稲田 利文
  • 学会等名: 第 92 回日本生化学会年会 (神奈川、2019.9)
• [備考] mRNAの安定性を決定する新たな分子機構の発見 ～遺伝子発現の根幹を監視する新たな仕組み～
  • URL: https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2020/04/press20200417-01-mRNA.html
• [備考] 東北大学大学院薬学研究科 稲田研究室 ホームページ
  • URL: http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~idenshi/inada_lab_HP/