疾患変異により異所的に獲得される新規RNA修飾の生合成および機能の解明

• 研究課題/領域番号: 20K21243
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分37:生体分子化学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 健夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (90533125)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: tRNA / ミトコンドリア / 点変異 / 遺伝暗号解読 / 疾患

研究開始時の研究の概要

ミトコンドリア内部で転写される転移RNA(tRNA)への転写後修飾は、tRNAが機能を持つために重要な過程であるため、修飾の欠損は一般に疾患の要因となる。今回、tRNAへの疾患関連点変異により、点変異部位とは異なる、本来正常な配列と言える部位に新規修飾が獲得されることを見出した。この新規修飾について生合成機構や特に遺伝暗号解読における役割の解明を目指す。得られる研究成果は、既往の修飾「欠損」疾患とは全く逆の、修飾「獲得」疾患の初めての例証になる可能性があるだけでなく、疾患のメカニズムの一端が明らかになることで、疾患の予防や克服に向けた応用へとつながることも期待している。

研究成果の概要

疾患変異を持つヒトミトコンドリアtRNA-Metにおける当該新規修飾について、構造解析の結果推測された化学構造に基づき、関連する修飾酵素の過剰発現や組み換え体を用い、tRNA点変異に依存して細胞内の修飾生合成レベルに影響する結果と、試験管内での再構成反応が進行する結果を得た。新規修飾構造によるコドン解読能を解析するためのリボソーム結合実験をアンチコドンステムループ(ASL)で実施したところ、結合能が根本的に低い問題があった。最終的に反応条件の最適化を進め、今後の結合実験を行う基盤が整った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

疾患点変異に伴い変異部位と異なる位置に新たに獲得されたRNA修飾は、新規な化学構造を持っていた。このことはヒトにおけるRNA修飾の構造や機能の多様性を表していると言える。当該修飾は疾患を亢進する役割を持つと考えらえることから、今回特定された生合成経路を阻害することが、点変異に起因する疾患の治療や予防につながるといった応用が機体される。

研究成果

• [雑誌論文] Mass spectrometric analysis of mRNA 5′ terminal modifications (2021)
  • 著者名/発表者名: Akichika, S., Suzuki, T., Suzuki, T.
  • 雑誌名: Methods Enzymol 巻: 658 ページ: 407-418
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2021.06.012
  • ISBN: 9780128235850
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA修飾と疾患 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 健夫、鈴木 勉
  • 雑誌名: 月刊「細胞」 巻: 53 ページ: 880-883
• [雑誌論文] N6-methyladenosine (m6A) is an endogenous A3 adenosine receptor ligand (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Akiko、Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kawakami Kouki、Hiratsuka Suzune、Aoki Junken、Ito Yasuhiro、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu、Inoue Toshihiro、Nureki Osamu、Tanihara Hidenobu、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 81 号: 4 ページ: 674-674
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.12.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Ftsj1 perturbs codon-specific translation efficiency in the brain and is associated with X-linked intellectual disability (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagayoshi Y.、Chujo T.、Hirata S.、Nakatsuka H.、Chen C.-W.、Takakura M.、Miyauchi K.、Ikeuchi Y.、Carlyle B. C.、Kitchen R. R.、Suzuki T.、Katsuoka F.、Yamamoto M.、Goto Y.、Tanaka M.、Natsume K.、Nairn A. C.、Suzuki T.、Tomizawa K.、Wei F.-Y.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 号: 13
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf3072
  • 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] Mass Spectrometric Analysis of Mitochondrial RNA Modifications (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigami Yuma、Suzuki Tsutomu、Suzuki Takeo
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2192 ページ: 89-101
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0834-0_8
  • ISBN: 9781071608333, 9781071608340
  • 査読あり
• [雑誌論文] ミトコンドリアtRNA修飾とミトコンドリア病 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木健夫
  • 雑誌名: 遺伝子医学MOOK 35号 ミトコンドリアと病気 巻: 35 ページ: 268-274
• [学会発表] Restoration of mitochondrial function through activation of hypomodified tRNAs with pathogenic mutations associated with mitochondrial diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoda, E., Nagao, A., Shirai, Y., Suzuki, T., Brendan, B., Suzuki, T.
  • 学会等名: 44th Annual meeting of the MBSJ
• [学会発表] Identification and characterization of novel tRNA methyltransferases in higher eukaryotes (2021)
  • 著者名/発表者名: Mineo, A., Akichika, S., Sakaguchi, Y., Shichino, Y., Mito, M., Iwasaki, S., Suzuki, T., Suzuki, T.
  • 学会等名: 44th Annual meeting of the MBSJ
• [備考] ヒトミトコンドリアtRNA修飾の全体像を解明―RNA修飾異常疾患の究明へ大きな前進
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_202008311155455788959888.html