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ABC-Fタンパク質ファミリーの機能から読み解く翻訳制御機構の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 23K05017
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38020:応用微生物学関連
研究機関京都産業大学

研究代表者

高田 啓  京都産業大学, 生命科学部, 研究員 (70747899)

研究分担者 藤原 圭吾  京都産業大学, 生命科学部, 研究員 (10814907)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード翻訳制御 / 枯草菌 / ABCF / 翻訳 / リボソーム
研究開始時の研究の概要

生命現象の全体像を分子レベルで理解するためには、その担い手であるタンパク質の機能を十分に熟知することが不可欠である。一方、機能未知な遺伝子が依然として多数あり、生命現象の統合的理解は道半ばである。本研究では、真核生物・アーキア・真正細菌に広く保存されている機能未知ABCF遺伝子群に着目し、申請者らの発見によってこれらABC-F因子がリボソームのE-siteに結合する活性を有することが示唆された点を踏まえ、真正細菌の翻訳制御機構におけるABC-F因子群の機能を解明することを目的とする。

研究実績の概要

生命現象の全体像を分子レベルで理解するためには、その担い手であるタンパク質の機能を十分に熟知することが不可欠である。一方、機能未知な遺伝子が依然として多数あり、生命現象の統合的理解は道半ばである。本研究では、真核生物・アーキア・真正細菌に広く保存されている機能未知ABCF遺伝子群に着目し、申請者らの発見によってこれらABC-F因子がリボソームのE-siteに結合する活性を有することが示唆された点を踏まえ、真正細菌の翻訳制御機構におけるABC-F因子群の機能を解明することを目的とした。
本年度は、モデル微生物である枯草菌を対象にefp変異との二重変異によって合成致死となる変異の探索を行い、機能未知ABCF(ATP-binding cassette-F protein subfamily )遺伝子であるyfmRを同定した。レポーターを用いた解析からefp変異体においてはプロリンの連続配列に加え、アスパラギン酸のような酸性アミノ酸とプロリンが交互に続く配列においても翻訳停滞が生じること、さらに、これら翻訳停滞がYfmRの過剰発現によって解消されることを明らかにした。また、他のABCF因子群のうち、YkpAに関しては、酸性及び塩基性のアミノ酸の連続配列によって誘導される翻訳停滞を解消する活性を有していることを明らかにした。これら機能未知ABCF因子であるYfmRお及びYkpAは微生物種間で広く保存されており、リボソームの不完全さを補うため、微生物は進化の過程でこのような翻訳促進因子を獲得・発達させてきたと考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究開始当初に予定していた研究計画を概ね実施することができ、機能未知ABCF遺伝子群の翻訳制御機構への関与を明らかにすることができた。翻訳促進因子として個々のABCF因子がクライアントとしている翻訳停滞配列は多様である一方で、その機能には冗長性があることも明らかにした。さらに、こういった翻訳促進因子として作用するABCF因子を共通祖先とし、多剤耐性遺伝子として注目されているARE(antibiotic resistance)-ABCF因子群が進化してきたことを明らかにすることができた。これらの結果をまとめ、現在国際誌に投稿している段階であることから、当初の計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

翻訳促進因子として個々のABCF因子がクライアントとしている翻訳停滞配列は多様であることが明らかになってきたので、次の課題は、"これらABCF因子がどのようにして、クライアントである停滞したリボソームを認識し、翻訳停滞を解消しているか"である。リボソームの活性中心であるPTCに作用すると想定しているInter-ABC domain linkerの変異解析および、リボソームへの結合活性などを評価し、最終的には海外の研究グループとの共同研究によって、構造解析を実施し、上記の課題に取り組む予定である。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 オープンアクセス 5件、 査読あり 4件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 4件)

  • [国際共同研究] ルンド大学(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ハンブルグ大(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ジョンホプキンス大学(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Resolution of ribosomal stalling by ABCF ATPases YfmR and YkpA/YbiT2024

    • 著者名/発表者名
      Takada Hiraku、Fujiwara Keigo、Atkinson Gemma C.、Shinobu Chiba、Hauryliuk Vasili
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.01.25.577322

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A role for the S4-domain containing protein YlmH in ribosome-associated quality control in Bacillus subtilis2024

    • 著者名/発表者名
      Takada Hiraku、Paternoga Helge、Fujiwara Keigo、Nakamoto Jose A.、Park Esther N.、Dimitrova-Paternoga Lyudmila、Beckert Bertrand、Saarma Merilin、Tenson Tanel、Buskirk Allen R.、Atkinson Gemma C.、Chiba Shinobu、Wilson Daniel N.、Hauryliuk Vasili
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2024.03.03.583159

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Patchy and widespread distribution of bacterial translation arrest peptides associated with the protein localization machinery2024

    • 著者名/発表者名
      Fujiwara Keigo、Tsuji Naoko、Yoshida Mayu、Takada Hiraku、Chiba Shinobu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 2711-2711

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46993-3

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genomic SELEX Reveals Pervasive Role of the Flagella Master Regulator FlhDC in Carbon Metabolism2023

    • 著者名/発表者名
      Takada Hiraku、Kijima Kaede、Ishiguro Akira、Ishihama Akira、Shimada Tomohiro
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 24 号: 4 ページ: 3696-3696

    • DOI

      10.3390/ijms24043696

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The structure of DarB in complex with Rel NTD reveals nonribosomal activation of Rel stringent factors2023

    • 著者名/発表者名
      Ainelo Andres、Caballero-Montes Julien、Bulvas Ond?ej、Ernits Karin、Coppieters ‘t Wallant Kyo、Takada Hiraku、Craig Sophie Z.、Mazzucchelli Gabriel、Zedek Safia、Pichov? Iva、Atkinson Gemma C.、Talavera Ariel、Martens Chloe、Hauryliuk Vasili、Garcia-Pino Abel
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 9 号: 3

    • DOI

      10.1126/sciadv.ade4077

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 微生物における翻訳研究の魅力と将来展望2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓
    • 学会等名
      ノボザイムズジャパンセミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微生物における翻訳研究の魅力と将来展望2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓
    • 学会等名
      IABセミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 温故知新、翻訳装置に内在する微生物環境応答機構の理解2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓
    • 学会等名
      ACT-X・分野融合セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] クロストリジウム綱に由来する新規翻訳アレスト因子の分子機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      吉田真悠、藤原圭吾、高田啓、千葉志信
    • 学会等名
      第19回21世紀大腸菌研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Identification of Novel Translation Arrest Peptides with RAPP and RGPP sequence Motifs2023

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Naoko,Fujiwara Keigo, Takada Hiraku, Chiba Shinobu
    • 学会等名
      第24回 日本 RNA学会 年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 枯草菌における新規RQC関連因子の解析2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓, Helge Paternoga, 藤原圭吾, Esther Park, Jose Nakamoto, Allen R Buskirk,Gemma C Atkinson, Daniel N Wilson, Vasili Hauryliuk,千葉志信
    • 学会等名
      マルチファセットプロテインズ領域会議・第2回若手の会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] RAPP様配列を含む新規翻訳アレスト因子の同定2023

    • 著者名/発表者名
      辻奈緒子、藤原圭吾、高田啓、千葉志信
    • 学会等名
      第96会日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 翻訳研究の魅力と将来展望:微生物はリボソームをどのようにハンドリングしているのか?2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓
    • 学会等名
      第18回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 新規 uORF による枯草菌 Mg2+ transporter MgtE の発現制御機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      赤岡大暉、高田啓、藤原圭吾、千葉志信
    • 学会等名
      第18回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 海洋性バクテリア Alteromonas macreodii の多様な翻訳アレスト因子2023

    • 著者名/発表者名
      辻奈緒子、藤原圭吾、高田啓、千葉志信
    • 学会等名
      第18回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 微生物を対象とした翻訳研究の魅力と将来展望2023

    • 著者名/発表者名
      高田啓
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度東京大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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