共翻訳修飾の大規模計測技術の開発

• 研究課題/領域番号: 20H03241
• 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43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所 (2022-2023); 京都大学 (2020-2021)
• 研究代表者: 今見 考志 国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, ユニットリーダー (30528344)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円); 2023年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2020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: プロテオミクス / 翻訳修飾 / リボソーム / リン酸化 / アセチル化 / 翻訳 / 新生鎖 / 共翻訳修飾 / 脂質化 / 修飾 / ピューロマイシン / 翻訳後修飾

研究開始時の研究の概要

タンパク質の翻訳後修飾についてはこれまで詳細に調べられてきたが、リボソーム上でタンパク質が合成されている最中に起きる共翻訳修飾について我々はどこまで理解しているだろうか？本研究ではその問いに答えるためのテクノロジーを創出するとともに、翻訳中に起きる様々な化学修飾を系統的かつ大規模に同定することを目的とする。さらに共翻訳修飾を生化学的・情報学的に特徴づけ、機能解析をおこなう。本研究では、その概容が不明であった共翻訳修飾の全貌と機能的意義に迫る。

研究成果の概要

開発した新生ペプチド大規模解析技術pSNAP法やパルスSILAC法(と種々の 生化学濃縮技術を組み合わせることで、リン酸化、アセチル化、ミリストイル化などの共翻訳修飾を系統的に同定することが可能になった。まず、液液抽出法と 変則LCグラジエントを組み合わせることで、共翻訳修飾の一つであるN-ミリストイル化をプロテオームワイドに同定・定量する技術を確立した。さらに、簡便なピペットチップ型のN末端（アセチル化）濃縮法を確立した。同定した新生タンパク質へのリン酸化やアセチル化は、新生タンパク質の安定性を制御することが分かり(未発表)、その機能的意義の一端の理解に本研究は貢献した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでの生化学やプロテオミクスでは細胞内の総タンパク質を対象として翻訳後修飾を調べることが主流であった。一方、本研究では翻訳途中の新生ポリペプチド鎖や翻訳直後の新生タンパク質を単離して、共翻訳修飾を系統的かつ大規模に解析した。新生タンパク質に選択的に起きる修飾が想像していた以上に多く、それはタンパク質を安定化したり分解に導いたりと様々な機能的意義をもつことを本研究により見出した。これは基礎生物学への理解に貢献するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Pathogenic mutations of human phosphorylation sites affect protein protein interactions (2024)
  • 著者名/発表者名: Rrustemi Trendelina、Meyer Katrina、Roske Yvette、Uyar Bora、Akalin Altuna、Imami Koshi、Ishihama Yasushi、Daumke Oliver、Selbach Matthias
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1 ページ: 3146-3146
  • DOI: 10.1038/s41467-024-46794-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bioinertization of NanoLC/MS/MS Systems by Depleting Metal Ions From the Mobile Phases for Phosphoproteomics (2023)
  • 著者名/発表者名: Komori Yumi、Niinae Tomoya、Imami Koshi、Yanagibayashi Jun、Yasunaga Kenichi、Imamura Shinya、Tomita Masami、Ishihama Yasushi
  • 雑誌名: Molecular & Cellular Proteomics 巻: 22 号: 5 ページ: 100535-100535
  • DOI: 10.1016/j.mcpro.2023.100535
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Znf598-mediated Rps10/eS10 ubiquitination contributes to the ribosome ubiquitination dynamics during zebrafish development. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ugajin N, Imami K, Takada H, Ishihama Y, Chiba S, Mishima Y.
  • 雑誌名: RNA 巻: 29 号: 12 ページ: 1910-1927
  • DOI: 10.1261/rna.079633.123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of Liquid-Liquid Extraction for N-terminal Myristoylation Proteomics (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsumagari Kazuya、Isobe Yosuke、Ishihama Yasushi、Seita Jun、Arita Makoto、Imami Koshi
  • 雑誌名: Molecular & Cellular Proteomics 巻: 22 号: 12 ページ: 100677-100677
  • DOI: 10.1016/j.mcpro.2023.100677
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exploring protein lipidation by mass spectrometry-based proteomics (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsumagari Kazuya、Isobe Yosuke、Imami Koshi、Arita Makoto
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 175 号: 3 ページ: 225-233
  • DOI: 10.1093/jb/mvad109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring mitochondrial translation by pulse SILAC (2023)
  • 著者名/発表者名: Imami Koshi、Selbach Matthias、Ishihama Yasushi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 号: 2 ページ: 102865-102865
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102865
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] pSNAP: Proteome-wide analysis of elongating nascent polypeptide chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Junki、Roy Rohini、Wang Dan Ohtan、Morikawa Kazuya、Kawahara Yuka、Iwasaki Mio、Yoshino Chiaki、Mishima Yuichiro、Ishihama Yasushi、Imami Koshi
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 7 ページ: 104516-104516
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104516
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A critical period of translational control during brain development at codon resolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Harnett D, Ambrozkiewicz MC, Zinnall U, Rusanova A, Borisova E, Drescher AN, Couce-Iglesias M, Villamil G, Dannenberg R, Imami K, Munster-Wandowski A, Fauler B, Mielke T, Selbach M, Landthaler M, Spahn CMT, Tarabykin V, Ohler U, Kraushar ML
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 巻: 29 号: 12 ページ: 1277-1290
  • DOI: 10.1038/s41594-022-00882-9
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclin J-CDK complexes limit innate immune responses by reducing proinflammatory changes in macrophage metabolism (2022)
  • 著者名/発表者名: Chong Yee Kien、Tartey Sarang、Yoshikawa Yuki、Imami Koshi、Li Songling、Yoshinaga Masanori、Hirabayashi Ai、Liu Guohao、Vandenbon Alexis、Hia Fabian、Uehata Takuya、Mino Takashi、Suzuki Yutaka、Noda Takeshi、Ferrandon Dominique、Standley Daron M.、Ishihama Yasushi、Takeuchi Osamu
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 15 号: 729 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1126/scisignal.abm5011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ABIN1 is a signal‐induced autophagy receptor that attenuates NF‐κB activation by recognizing linear ubiquitin chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Shinkawa Y, Imami K, Fuseya Y, Sasaki K, Ohmura K, Ishihama Y, Morinobu A, Iwai K.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: In press 号: 9 ページ: 1147-1164
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14323
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Roles of Small Extracellular Vesicles in Regulating the Quiescence and Proliferation of Neural Stem Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Jingtian、Uchiyama Junki、Imami Koshi、Ishihama Yasushi、Kageyama Ryoichiro、Kobayashi Taeko
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 9
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.762293
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biotinylation-based proximity labelling proteomics: basics, applications and technical considerations (2021)
  • 著者名/発表者名: Niinae Tomoya、Ishihama Yasushi、Imami Koshi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 170 号: 5 ページ: 569-576
  • DOI: 10.1093/jb/mvab123
  • 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] Identification of Endogenous Kinase Substrates by Proximity Labeling Combined with Kinase Perturbation and Phosphorylation Motifs. (2021)
  • 著者名/発表者名: Niinae T, Imami K, Sugiyama N, Ishihama Y.
  • 雑誌名: Mol Cell Proteomics 巻: 20 ページ: 100119-100119
  • DOI: 10.1016/j.mcpro.2021.100119
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Escherichia coli S2P intramembrane protease RseP regulates ferric citrate uptake by cleaving the sigma factor regulator FecR (2021)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Tatsuhiko、Niinae Tomoya、Tsumagari Kazuya、Imami Koshi、Ishihama Yasushi、Hizukuri Yohei、Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 296 ページ: 100673-100673
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein Synthesis in the Developing Neocortex at Near-Atomic Resolution Reveals Ebp1-Mediated Neuronal Proteostasis at the 60S Tunnel Exit (2021)
  • 著者名/発表者名: Kraushar M、Krupp F、Harnett D、Turko P、Ambrozkiewicz M、Sprink T、Imami K、Gnnigmann M、Zinnall U、Vieira-Vieira C、Schaub T、Mnster-Wandowski A、Brger J、Borisova E、Yamamoto H、Rasin M-R、Ohler U、Beule D、Mielke T、Tarabykin V、Landthaler M、Kramer G、Vida I、Selbach M、Spahn C
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 81 号: 2 ページ: 304-322.e16
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.11.037
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] pSNAP: Proteome-wide analysis of elongating nascent polypeptide chains (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Junki、Roy Rohini、Wang Dan Ohtan、Morikawa Kazuya、Kawahara Yuka、Iwasaki Mio、Yoshino Chiaki、Mishima Yuichiro、Ishihama Yasushi、Imami Koshi
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: online
  • DOI: 10.1101/2021.09.22.461445
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring mitochondrial translation by pulse SILAC (2021)
  • 著者名/発表者名: Imami Koshi、Selbach Matthias、Ishihama Yasushi
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: online
  • DOI: 10.1101/2021.01.31.428997
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A critical period of translational control during brain development at codon resolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Harnett Dermot、Ambrozkiewicz Mateusz C.、Zinnall Ulrike、Rusanova Alexandra、Borisova Ekaterina、Dannenberg Rike、Imami Koshi、M?nster-Wandowski Agnieszka、Fauler Beatrix、Mielke Thorsten、Selbach Matthias、Landthaler Markus、Spahn Christian M.T.、Tarabykin Victor、Ohler Uwe、Kraushar Matthew L.
  • 雑誌名: bioRiv 巻: online
  • DOI: 10.1101/2021.06.23.449626
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative nascent proteome profiling by dual-pulse labelling with O-propargyl-puromycin and stable isotope-labelled amino acids (2020)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Junki、Ishihama Yasushi、Imami Koshi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 169 号: 2 ページ: 227-236
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa104
  • NAID: 40022513821
  • 査読あり
• [雑誌論文] Antipsychotic olanzapine-induced misfolding of proinsulin in the endoplasmic reticulum accounts for atypical development of diabetes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ninagawa Satoshi、Tada Seiichiro、Okumura Masaki、Inoguchi Kenta、Kinoshita Misaki、Kanemura Shingo、Imami Koshi、Umezawa Hajime、Ishikawa Tokiro、Mackin Robert B、Torii Seiji、Ishihama Yasushi、Inaba Kenji、Anazawa Takayuki、Nagamine Takahiko、Mori Kazutoshi
  • 雑誌名: eLife 巻: 9 ページ: 23-31
  • DOI: 10.7554/elife.60970
  • NAID: 120006898101
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cross-regulation of viral kinases with cyclin A secures shutoff of host DNA synthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Bogdanow Boris、Schmidt Max、Weisbach Henry、Gruska Iris、Vetter Barbara、Imami Koshi、Ostermann Eleonore、Brune Wolfram、Selbach Matthias、Hagemeier Christian、Wiebusch L?der
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18542-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 新生プロテオームの翻訳と分解 (2024)
  • 著者名/発表者名: 今見 考志
  • 学会等名: 第２回タンパク質シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Decoding the nascent proteome using mass spectrometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: Kyoto University WPI-ASHBi Retreat
  • 招待講演
• [学会発表] 新生タンパク質の寿命制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 今見 考志
  • 学会等名: 学術変革Aタンパク質寿命第1回班会議
  • 招待講演
• [学会発表] Decoding the nascent proteome dynamics with quantitative mass spectrometry (2024)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: RIKEN IMS Retreat
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質N末端インタラクトーム (2023)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第23回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質翻訳機構のプロテオームレベルでの再考 (2023)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第2回融合の場
• [学会発表] Global, in Vivo, and Site-specific Profiling of Protein Lipidation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Tsumagari, Yosuke Isobe, Yasushi Ishihama, Jun Seita, Makoto Arita, Koshi Imami
  • 学会等名: The Human Proteome Organization (HUPO) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Deciphering the nascent proteome dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: RIKEN-OIST seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Global analysis of nascent polypeptide chains (2022)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami, Junki Uchiyama, Roy Rohini, Dan Ohtan Wang, Yuichiro Mishima, Yasushi Ishihama
  • 学会等名: Protein Folding on the Ribosome 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 第22回日本蛋白質科学会年会 (2022)
  • 著者名/発表者名: 今見 考志、内山 純貴、森川 和哉、 石濱 泰
  • 学会等名: 新生ポリペプチド鎖のプロテオミクス
  • 招待講演
• [学会発表] 転写後・翻訳制御のプロテオミクスに関する研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 今見 考志
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Deciphering the nascent proteome dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: RIKEN-OIST seminar
  • 招待講演
• [学会発表] 新生プロテオームダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 今見 考志
  • 学会等名: 第2回日本医学会連合リトリート（ホメオスタシスとその破綻）
  • 招待講演
• [学会発表] 新生ポリペプチド鎖N末端アセチル化修飾の大規模解析法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森川和哉、内山純貴、西田紘士、今見考志、石濱泰
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
• [学会発表] 共翻訳 N 末端アセチル化修飾の大規模解析法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森川和哉、西田紘士、内山純貴、今見考志、石濱泰
  • 学会等名: 第70回質量分析総合討論会
• [学会発表] 新生ポリペプチド鎖N末端解析によるノンカノニカルタンパク質の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森川和哉、西田紘士、今見考志、石濱泰
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Dissecting co-translational regulation by in-depth analysis of elongating nascent polypeptide chains (2021)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami, Junki Uchiyama, Roy Rohini, Dan Ohtan Wang, Yuichiro Mishima, Yasushi Ishihama
  • 学会等名: 10th Asia-Oceania Human Proteome Organization Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 翻訳制御のプロテオミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第6回日本医用マススペクトル学会西部会
  • 招待講演
• [学会発表] 新生ポリペプチド鎖オミクスによる共翻訳修飾解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今見考志, 内山純貴、Roy Rohini, 王丹、三嶋雄一郎、石濱泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2021年大会
  • 招待講演
• [学会発表] N末端プロテオミクスによる新規翻訳開始点の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西田 紘士、今見 考志、石濱 泰
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2021年大会
• [学会発表] Nascent proteome matters (2021)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: RIKEN IMS seminar
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞外小胞の動態を捉えるプロテオミクス基盤技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
• [学会発表] 細胞外小胞の動態を包括的に捉えるプロテオミクス基盤技術の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第15回日本臨床ストレス応答学会
  • 招待講演
• [学会発表] pSNAP: 新生ポリペプチド鎖プロテオミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 今見考志
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会(
  • 招待講演
• [学会発表] Proteomic technologies to monitor the cellular dynamics and responses induced by extracellular vesicles (2020)
  • 著者名/発表者名: Koshi Imami
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 実験医学別冊 決定版 質量分析活用スタンダード 代謝物からタンパク質、食品・環境の分析まで質量分析のポテンシャルを活かしきる戦略とプロトコール アイソバリックタグを用いた定量解 (2023)
  • 著者名/発表者名: 津曲和哉，小形公亮，石濱泰，今見考志
  • 総ページ数: 363
  • 出版者: 羊土社