分泌モニタータンパク質VemPの翻訳アレスト解除の分子機構

• 研究課題/領域番号: 20K06556
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森 博幸 京都大学, 医生物学研究所, 准教授 (10243271)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: VemP / 翻訳停止 / SecD/F / タンパパク質膜透過 / 分泌 / PpiD / SRP / YfgM / in vivo光架橋 / 分泌タンパク質 / SecDF2 / SecY / レポーター系 / prlA / SecDF / Ffh / 膜透過 / 新生鎖

研究開始時の研究の概要

ビブリオ属細菌が持つ分泌モニタータンパク質VemPは、菌の分泌能に応じて自身の翻訳伸長停止状態を変化させることで、同一オペロン下流に存在するsecDF2の発現を制御する。VemPの翻訳停止は、分泌が正常な際には、トランスロコン上で速やかに解除されるが、VemP-リボソーム複合体のトランスロコンへの標的化の機構や、翻訳停止解除の分子機構は不明である。本研究では、高時間分解能のin vivo光架橋実験法を用いて、生細胞中におけるVemP合成途上鎖と相互作用する細胞内因子を網羅的に捕捉・同定し、これら相互作用因子の「標的化」並びに「翻訳停止解除」における役割を明らかにすることを目指す。

研究成果の概要

分泌モニター因子VemPは、菌の膜透過能を感知し、自身の翻訳停止を介して同一オペロン下流遺伝子secD2/F2の発現を制御する。膜透過能が回復した際には翻訳停止は解除されるが、その分子機構は不明である。本研究ではこの問題の解明を目指した。部位特異的in vivo光架橋実験を用いたVemP新生鎖と相互作用する因子の網羅的な解析から、シグナル認識粒子とペリプラズムシャペロンPpiDを見出した。また、生化学的解析から、前者はVemPの膜への標的化に、後者は、翻訳停止の解除に必須の役割を持つことを示した。更に翻訳停止の解除に関わるVemP分子内のcis因子としてArg-85残基を同定した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞内で作られたタンパク質の中には細胞の外や表面に運ばれて初めて役に立つ物も少なくありません。そのため、新しく作られたタンパク質を効率良く細胞の外に運ぶことは、細胞が生きて行く上で大変重要です。細胞は、今自分がどの程度タンパク質を運ぶ能力を持っているのかを感知して、その力が下がっていた場合には、輸送に働く別の装置を新たに作ることで機能を回復させるという巧妙な仕組みを持っています。この研究はその仕組みを明らかにすることを目指しています。具体的には、感知に働くVemPという分子が、輸送される時に結合するタンパク質を見つけその役割を調べました。この研究により、感知の方法の一端が明らかになりました。

研究成果

• [雑誌論文] Inner membrane YfgM-PpiD heterodimer acts as a functional unit that associates with the SecY/E/G translocon and promotes protein translocation (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Ai Mengting、Tanaka Natsuko、Suzuki Takehiro、Dhomae Naoshi、Tsukazaki Tomoya、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 号: 11 ページ: 102572-102572
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A photo-crosslinking approach to monitor assembly of an LptD intermediate with LptE in a living cell. (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, R., Mori, H., and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine interaction profiling of VemP and mechanisms responsible for its translocation-coupled arrest-cancelation (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.62623
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reversible auto-inhibitory regulation of Escherichia coli metallopeptidase BepA for selective β-barrel protein degradation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daimon 他7名
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 117 号: 45 ページ: 27989-27996
  • DOI: 10.1073/pnas.2010301117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 運動能の系統樹 : 生命の系統樹における運動システム進化についての提案 (2020)
  • 著者名/発表者名: M Miyata, R C Robinson, T QP Uyeda, Y Fukumori, S Fukushima, S Haruta, M Homma, K Inaba, M Ito, C Kaito, K Kato, TKenri, Y Kinosita, S Kojima, T Minamino, H Mori, S Nakamura, D Nakane, K Nakayama, M Nishiyama, S Shibata, K Shimabukuro, M Tamakoshi, A Taoka, Y Tashiro, ITulum, HiWada, K Wakabayashi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 25 号: 1 ページ: 6-21
  • DOI: 10.1111/gtc.12737
  • NAID: 130007881664
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A photo-cross-linking approach to monitor protein dynamics in living cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 129317-129317
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.003
  • 査読あり
• [学会発表] VemP-Bla レポーター系を用いた分泌モニター因子VemP の翻訳停止の解除に 関わる cis-element, trans 因子の同定とその作用機序の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田優希、秋山芳展、森博幸
  • 学会等名: 第18回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 部位特異的in vivo光架橋法によるタンパク質膜透過促進因子SecD/Fと膜結合型分子シャペロンPpiD/YfgM複合体の相互作用解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ai Mengting, 宮﨑亮次、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第17回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 細菌の外膜生合成と品質管理に関わる2機能性プロテアーゼBepAの基質認識機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、吉谷亘平、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会、web開催