重力による翻訳制御の網羅的解析

• 研究課題/領域番号: 19K22406
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 岩崎 信太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (80611441)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 翻訳 / Ribosome / Ribosome profiling / 重力 / ミトコンドリア / リボソーム / mRNA

研究開始時の研究の概要

生命は40億年の歴史の中で、地球上の重力に適応、進化してきた。しかしその一方で生命が地球上の重力という環境をどのように利用し、遺伝子発現を制御しているのか？という問いは、基本的なものであるのに関わらず驚くべきほどよくわかっていない。本研究では、セントラルドグマの中核をなす「翻訳」が重力によってどのように影響されるか、というこれまでの生物学の歴史で全く研究されていないフロンティアに挑戦する。

研究成果の概要

地球上の生物は地上の重力に適応するように進化してきた。しかしながら、生物が重力をどのように利用しているのか、といった根本的な問題は十分に理解されていない。本研究では、ミトコンドリアが重力を利用してその翻訳を促進していることが明らかになった。微小重力化で培養したヒト細胞を用いて網羅的手法であるribosome profiling法を行ったところ、ミトコンドリア内翻訳が特異的に減少していることが明らかになった。さらに微小重力によるミトコンドリア翻訳の減少は、細胞接着またはそれに付随するFAKシグナル経路の減弱による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

本研究により細胞が重力を利用し、エネルギーを産生するオルガネラ内の翻訳を活性化しているという機構が明らかになった。生物にとって重力が非常に重要な物理的パラメーターであることは、宇宙に長期滞在した宇宙飛行士の加齢様症状によっても明らかである。特にミトコンドリアダメージは加齢と密接に関わることが知られており、本研究で明らかになった微小重力によるミトコンドリア翻訳の減少がまさにその引き金になっている可能性を示唆する。また、細胞接着とミトコンドリア翻訳の関連はこれまで全く知られていない現象であり、新たな研究のseedを生むという意味で学術的意義は高い。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)
• [国際共同研究] University of California, Berkeley/University of California, San Francisco(米国)
• [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)
• [雑誌論文] ダイソームプロファイリング法によるリボソーム衝突の網羅探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 1 ページ: 87-91
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940087
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-02-25
• [雑誌論文] Splicing modulators elicit global translational repression by condensate-prone proteins translated from introns (2022)
  • 著者名/発表者名: Chhipi-Shrestha Jagat K.、Schneider-Poetsch Tilman、Suzuki Takehiro、Mito Mari、Khan Khalid、Dohmae Naoshi、Iwasaki Shintaro、Yoshida Minoru
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 29 号: 2 ページ: 259-275
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.07.015
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The landscape of translational stall sites in bacteria revealed by monosome and disome profiling. (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujita T, Yokoyama T, Shirouzu M, Taguchi H, Ito T, and Iwasaki S
  • 雑誌名: RNA 巻: 28 号: 3 ページ: 290-302
  • DOI: 10.1261/rna.078188.120
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ribosome slowdown triggers codon‐mediated mRNA decay independently of ribosome quality?control (2022)
  • 著者名/発表者名: Mishima Yuichiro、Han Peixun、Ishibashi Kota、Kimura Seisuke、Iwasaki Shintaro
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 41 号: 5
  • DOI: 10.15252/embj.2021109256
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective translation of epigenetic modifiers affects the temporal pattern and differentiation of neural stem cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Wu Quan、Shichino Yuichi、Abe Takaya、Suetsugu Taeko、Omori Ayaka、Kiyonari Hiroshi、Iwasaki Shintaro、Matsuzaki Fumio
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 470-470
  • DOI: 10.1038/s41467-022-28097-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Into the matrix : current methods for mitochondrial translation studies. (2022)
  • 著者名/発表者名: Apostolopoulos A and Iwasaki S
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 171 号: 4 ページ: 379-387
  • DOI: 10.1093/jb/mvac005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mito-FUNCAT-FACS reveals cellular heterogeneity in mitochondrial translation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Yusuke、Saito Hironori、Osaki Tatsuya、Ikegami Yasuhiro、Wakigawa Taisei、Ikeuchi Yoshiho、Iwasaki Shintaro
  • 雑誌名: RNA 巻: - 号: 6 ページ: 122-122
  • DOI: 10.1261/rna.079097.122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mammalian HEMK1 methylates glutamine residue of the GGQ motif of mitochondrial release factors (2022)
  • 著者名/発表者名: Fang Qi、Kimura Yusuke、Shimazu Tadahiro、Suzuki Takehiro、Yamada Ayumi、Dohmae Naoshi、Iwasaki Shintaro、Shinkai Yoichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 4104-4104
  • DOI: 10.1038/s41598-022-08061-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selectivity of mRNA degradation by autophagy in yeast (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiho Makino, Tomoko Kawamata, Shintaro Iwasaki, Yoshinori Ohsumi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 2316-2316
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22574-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ribosome stalling caused by the Argonaute-microRNA-SGS3 complex regulates the production of secondary siRNAs in plants (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwakawa Hiro-oki、Lam Andy Y.W.、Mine Akira、Fujita Tomoya、Kiyokawa Kaori、Yoshikawa Manabu、Takeda Atsushi、Iwasaki Shintaro、Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 35 号: 13 ページ: 109300-109300
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109300
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Combinatorial analysis of translation dynamics reveals eIF2 dependence of translation initiation at near-cognate codons (2021)
  • 著者名/発表者名: Ichihara Kazuya、Matsumoto Akinobu、Nishida Hiroshi、Kito Yuki、Shimizu Hideyuki、Shichino Yuichi、Iwasaki Shintaro、Imami Koshi、Ishihama Yasushi、Nakayama Keiichi I
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 13 ページ: 7298-7317
  • DOI: 10.1093/nar/gkab549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nascent polypeptide within the exit tunnel stabilizes the ribosome to counteract risky translation (2021)
  • 著者名/発表者名: Chadani Yuhei、Sugata Nobuyuki、Niwa Tatsuya、Ito Yosuke、Iwasaki Shintaro、Taguchi Hideki
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 40 号: 23 ページ: 1-13
  • DOI: 10.15252/embj.2021108299
  • 査読あり
• [雑誌論文] eIF2B-capturing viral protein NSs suppresses the integrated stress response (2021)
  • 著者名/発表者名: Kashiwagi Kazuhiro、Shichino Yuichi、Osaki Tatsuya、Sakamoto Ayako、Nishimoto Madoka、Takahashi Mari、Mito Mari、Weber Friedemann、Ikeuchi Yoshiho、Iwasaki Shintaro、Ito Takuhiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 7102-7102
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27337-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spliceostatin A interaction with SF3B1 limits U1 snRNP availability and causes premature cleavage and polyadenylation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto, R., Chhipi-Shrestha, J.K., Schneider-Poetsch, T., Furuno, M., Burroughs, A.M., Noma, S., Suzuki, H., Hayashizaki, Y., Mayeda, A., Nakagawa, S., Kaida, D., Iwasaki, S., Yoshida, M.
  • 雑誌名: Cell Chem. Biol. 巻: - 号: 9 ページ: 1356-1365
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.03.002
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Dual targeting of DDX3 and eIF4A by the translation inhibitor rocaglamide A (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Mingming、Asanuma Miwako、Takahashi Mari、Shichino Yuichi、Mito Mari、Fujiwara Koichi、Saito Hironori、Floor Stephen N.、Ingolia Nicholas T.、Sodeoka Mikiko、Dodo Kosuke、Ito Takuhiro、Iwasaki Shintaro
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 28 号: 4 ページ: 475-486
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.11.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Protocol for disome profiling to survey ribosome collision in humans and zebrafish. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mito M, Mishima Y, and Iwasaki S
  • 雑誌名: STAR Protoc. 巻: 1 号: 3 ページ: 100168-100168
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100168
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ribosomal protein S7 ubiquitination during ER stress in yeast is associated with selective mRNA translation and stress outcome (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuki Yasuko、Matsuo Yoshitaka、Nakano Yu、Iwasaki Shintaro、Yoko Hideyuki、Udagawa Tsuyoshi、Li Sihan、Saeki Yasushi、Yoshihisa Tohru、Tanaka Keiji、Ingolia Nicholas T.、Inada Toshifumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 19669-19669
  • DOI: 10.1038/s41598-020-76239-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Complete chemical structures of human mitochondrial tRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takeo、Yashiro Yuka、Kikuchi Ittoku、Ishigami Yuma、Saito Hironori、Matsuzawa Ikuya、Okada Shunpei、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Ma Ding、Zhao Xuewei、Asano Kana、Lin Huan、Kirino Yohei、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18068-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Implications of RNG140 (caprin2)-mediated translational regulation in eye lens differentiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Kaori Nakazawa, Yuichi Shichino,Shintaro Iwasaki, and Nobuyuki Shiina
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 44 ページ: 15029-15044
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.012715
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] N-terminal deletion of Swi3 created by the deletion of a dubious ORF YJL175W mitigates protein burden effect in S. cerevisiae (2020)
  • 著者名/発表者名: Saeki Nozomu、Eguchi Yuichi、Kintaka Reiko、Makanae Koji、Shichino Yuichi、Iwasaki Shintaro、Kanno Manabu、Kimura Nobutada、Moriya Hisao
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 9500-9500
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66307-z
  • NAID: 120006883501
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide survey of ribosome collision. (2020)
  • 著者名/発表者名: Han, P., Shichino, Y., Schneider-Poetsch, T., Mito, M., Hashimoto, S., Udagawa, T., Kohno, K., Yoshida, M., Mishima, Y., Inada, T., Iwasaki, S.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 31(5) 号: 5 ページ: 107610-107610
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Widespread Family of Heat-Resistant Obscure (Hero) Proteins Protect Against Protein Instability and Aggregation (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuboyama K, Osaki T, Matsuura-Suzuki E, Kozuka-Hata H, Okada Y, Oyama M, Ikeuchi Y, Iwasaki S, Tomari Y
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 18 号: 3 ページ: 3000632-3000632
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3000632
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Translational Landscape of Protein-Coding and Non-Protein-Coding RNAs upon Light Exposure in Arabidopsis (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Yukio、Makita Yuko、Shimohira Haruka、Fujita Tomoya、Iwasaki Shintaro、Matsui Minami
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 61 号: 3 ページ: 536-545
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Codon bias confers stability to human mRNAs (2019)
  • 著者名/発表者名: Hia Fabian、Yang Sheng Fan、Shichino Yuichi、Yoshinaga Masanori、Murakawa Yasuhiro、Vandenbon Alexis、Fukao Akira、Fujiwara Toshinobu、Landthaler Markus、Natsume Tohru、Adachi Shungo、Iwasaki Shintaro、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 20 号: 11
  • DOI: 10.15252/embr.201948220
  • NAID: 120006767912
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Proximity RNA Labeling by APEX-Seq Reveals the Organization of Translation Initiation Complexes and Repressive RNA Granules (2019)
  • 著者名/発表者名: Padron Alejandro、Iwasaki Shintaro、Ingolia Nicholas T.
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 75 号: 4 ページ: 875-887.e5
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2019.07.030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Free Glycans Derived From O-mannosylated Glycoproteins Suggest the Presence of an O-glycoprotein Degradation Pathway in Yeast (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirayama H, Matsuda T, Tsuchiya Y, Oka R, Seino J , Huang C, Nakajima K , Noda Y, Shichino Y, Iwasaki S , Suzuki T
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 294(44) 号: 44 ページ: 15900-15900
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.009491
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The plant translatome surveyed by ribosome profiling (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujita Tomoya, Kurihara Yukio, Iwasaki Shintaro
  • 雑誌名: Plant And Cell Physiology 巻: 印刷中 号: 9 ページ: 1917-1926
  • DOI: 10.1093/pcp/pcz059
  • 査読あり
• [学会発表] Unexpected mRNA selectivity of translation initiation inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 文部科学省新学術領域研究 学術研究支援基盤形成 先端モデル動物支援プラットフォーム (AdAMS)成果発表会202
  • 招待講演
• [学会発表] リボソームプロファイリングのコツ (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: イルミナウェブセミナープロフェッショナルシリーズ
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide survey of ribosome traverse (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: R&D戦略委員会第１回企画シンポジウム「翻訳・アミノ酸代謝調節による生体機能制御」
  • 招待講演
• [学会発表] 葉緑体翻訳と細胞質mRNA調節のシンクロナイゼーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 2021年度ラン藻ゲノム交流会
  • 招待講演
• [学会発表] eIF2B結合性ウイルスタンパク質NSsによる統合的ストレス応答抑制 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
  • 招待講演
• [学会発表] METTL18-mediated histidine methylation on RPL3 modulates translation elongation for proteostasis maintenance (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第15回日本臨床ストレス応答学会「マルチファセット・プロテインズ」
  • 招待講演
• [学会発表] A specific eIF4A paralog facilitates LARP1-mediated translation repression during mTORC1 inhibition (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] A specific eIF4A paralog facilitates LARP1-mediated translation repression during mTORC1 inhibition (2021)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Iwasaki
  • 学会等名: Mini-symposium on RNA Biology and Therapeutics [Basic Science (IBS) and Seoul National University (SNU), Korea]
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravity activates mitochondrial translation through cell adhesion-FAK axis (2021)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Iwasaki
  • 学会等名: The 44th Annual Meeting of The Molecular Biology Society of Japan (MBSJ2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 葉緑体翻訳と細胞質mRNA調節のシンクロナイゼーション (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第62回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide survey of ribosome collision (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎信太郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [図書] 相分離生物学の全貌（現代化学増刊46) RNP顆粒研究を加速するトランスクリプトーム解析技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 七野悠一、岩崎信太郎
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807913466
• [図書] 実験医学2019年11月号 リボソームプロファイリングによる網羅的翻訳解析の最前線 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村悠介, 岩崎信太郎
  • 総ページ数: 3
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758125253
• [備考]
  • URL: http://iwasakirna.com/publications.php
• [備考]
  • URL: https://www.riken.jp/research/labs/chief/rna_sys_biochem/index.html
• [備考] スプライシング調節化合物がもたらす新たな作用を発見
  • URL: https://www.riken.jp/press/2021/20210330_1/
• [備考] 翻訳阻害抗がん剤の二つ目の標的を同定
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20201002_1/index.html
• [備考] ヒトミトコンドリアtRNA修飾の全体像を解明
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200831_1/index.html
• [備考] リボソームの交通渋滞を見つける方法
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200506_1/index.html
• [備考] 光受容によるタンパク質の翻訳変化を解明 －遺伝子の発現量調節への応用に期待－
  • URL: https://www.riken.jp/press/2020/20200316_1/index.html
• [備考] 新しい糖鎖代謝機構の発見 －未知の糖鎖分解酵素の同定への一歩－
  • URL: https://www.riken.jp/press/2019/20190711_1/
• [産業財産権] INTEGRATED STRESS RESPONSE INHIBITOR (2021)
  • 発明者名: Ito T, Kashiwagi K, 他
  • 権利者名: Ito T, Kashiwagi K, 他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021
  • 外国
• [産業財産権] 非リボソームRNA含有試料の製造方法 (2020)
  • 発明者名: 水戸麻理、岩崎信太郎
  • 権利者名: 水戸麻理、岩崎信太郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
  • 外国
• [産業財産権] 非リボソームRNA含有試料の製造方法 (2019)
  • 発明者名: Mari Mito, Shintaro Iwasaki
  • 権利者名: Mari Mito, Shintaro Iwasaki
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2019