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再構成型翻訳・フォールディング連動システムの開発と関連する病気の解析

研究課題

研究課題/領域番号 23K23875
補助金の研究課題番号 22H02612 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
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
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

今高 寛晃  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50201942)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2025年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
キーワード翻訳 / タンパク質合成 / 再構成 / 小胞体 / リポソーム / フォールデイング / シャペロン / CFTR / フォールディング / 翻訳因子 / SRP / translation / reconstitution / protein folding / cell-free
研究開始時の研究の概要

リボソームにより合成(翻訳)されタンパク質が立体構造を形成することをフォールディングと呼ぶ。このフォールディングが異常を来す病:フォールディング病が多く報告されている。本研究はまず試験管内で「タンパク質の翻訳・フォールディング」を精製因子のみで再現する「再構成型翻訳・フォールディングシステム」を確立する。そして、そのシステムを用いて代表的なフォールディング病「嚢胞性繊維症」や「セルピン病」の分子論的解析を行う。
タンパク質は生命の根幹であるため本研究で開発される「再構成型翻訳・フォールディングシステム」は関連病の解析のみならず、分子生物学研究の基本的なツールとして役立つことが期待される。

研究実績の概要

SRP再構成 について: HeLa細胞抽出液由来試験管内翻訳システムで各サブユニット(SRP9-HA, SRP14-HA, SRP19-HA, SRP54-HA, SRP68-FLAG, SRP72-HA)を発現し、T7 RNPを用いて合成したSRP RNAを混ぜインキュベートすることでSRP複合体を形成させ、SRP68に付加させたFLAG配列に対する抗体を用いて精製した。HA抗体によるwestern blotting を行うと他のすべてのsubunitが含まれていることが確認できた。
SR/Sec61のリポソームへの組み込みについて:SRPリセプター (SRa-FLAG, SRb-FLAG), Sec61複合体 (Sec61a-FLAG, Sec61b, Sec61g) をHeLa細胞抽出液由来試験管内翻訳システムで発現し、界面活性剤を添加した状態でFLAGレジンに架け、界面活性剤存在下で溶出した。そこに、リポソームを加えインキュベートした。透析により界面活性剤を抜くことで、タンパク成分の組み込みを促した。蛍光基の付いたFLAG抗体を用いて蛍光顕微鏡で観察すると、リポソームの膜が蛍光を発していた。つまりSR/Sec61がリポソームへ組み込みこまれていることを示唆している。
Signal peptidase発現について:Signal peptidaseの構成サブユニット(a, c, b,g)ををHeLa細胞抽出液由来試験管内翻訳システムで発現した。同時にSP (signal peptide)-EGFP HAも発現し、SP配列が切断されるかどうか調べたが、切断されていなかった。
CFTR発現について:CFTR全長(1480aa)をPCR templateを用いて、HeLa細胞抽出液由来試験管内翻訳システムと再構成型翻訳システムを用いて発現することに成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度の交付申請で掲げた課題であった「SRP再構成」「SR/Sec61のリポソームへの組み込み」そして「CFTRの試験管内発現」のいずれも成功している。したがって順調にプロジェクトを進めていると考える。

今後の研究の推進方策

SRPリセプター (SRa, SRb), Sec61複合体 (Sec61a, Sec61b, Sec61g) が組み込まれたリポソームへ、Signalペプチダーゼ複合体(Sec61a, Sec61c, Sec61b, Sec61g)を組み込んでいく。組み込みは、界面活性剤と脂質成分そしてタンパク成分を混合し、界面活性剤を透析で除去することにより行う。様々な界面活性剤や脂質成分を試すことにより組み込みを成功させる。そして、再構成翻訳系にSRPとSR-Sec61- Signalペプチダーゼが組み込まれたリポソームを添加し、SP (signal peptide)-EGFP HAを発現させる。もし、SP配列が切断された場合はリポソーム内が蛍光を発する。同時にHAによるwestern blotも行う。
そして、Sec61以外のER成分に関する因子群:Sec62, Sec63, ER関連シャペロン(ERjip, ERj2, CANX, CALR, Erp57, PDIA3)、TRAP複合体(subunit1,2,3,4)、EMC複合体(EMC subunit1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10)、PAT複合体(CCDC47, WDR83OS)、BOS複合体(NCLN, TMEM147, NOMO1)、GEL複合体(C20orf24, TMCO1)などをリポソームに組み込むため、これらの発現系を整える。また、co-translational糖鎖付加を試験管内で再構成するために、糖鎖付加酵素複合体(SSTT3a, DC2, KCP2, OST4, TMEM258, RPN2, OST48, DAD1)をクローニングしていく。
更に、CFTRをリポソーム上で発現し、塩素イオンチャネルとして機能するかどうかを検討していく。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] High-throughput screening for a SARS-CoV-2 frameshifting inhibitor using a cell-free protein synthesis system2024

    • 著者名/発表者名
      Machida Kodai、Tanaka Rin、Miki Seraya、Noseda Shotaro、Yuasa-Sunagawa Mayumi、Imataka Hiroaki
    • 雑誌名

      BioTechniques

      巻: 76 号: 4 ページ: 161-168

    • DOI

      10.2144/btn-2023-0102

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstitution of C9orf72 GGGGCC repeat-associated non-AUG translation with purified human translation factors.2023

    • 著者名/発表者名
      Ito H., Machida K., Ueyama M., Nagai Y., Imataka H., Taguchi H.
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 13(1) 号: 1 ページ: 22826-22826

    • DOI

      10.1038/s41598-023-50188-z

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extracellular aaRSs drive autoimmune and inflammatory responses in rheumatoid arthritis via the release of cytokines and PAD42023

    • 著者名/発表者名
      Kimura A, Takagi T, Thamamongood T, Sakamoto S, Ito T, Seki I, Okamoto M, Aono H, Serada S, Naka T, Imataka H, Miyake K, Ueda T, Miyanokoshi M, Wakasugi K, Iwamoto N, Ohmagari N, Iguchi T, Nitta T, Takayanagi H, Yamashita H, Kaneko H, Tsuchiya H, Fujio K, Handa H, Suzuki H.
    • 雑誌名

      Annals of the Rheumatic Diseases

      巻: 82 号: 9 ページ: 1153-1161

    • DOI

      10.1136/ard-2023-224055

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nascent peptide-induced translation discontinuation in eukaryotes impacts biased amino acid usage in proteomes2022

    • 著者名/発表者名
      Ito Yosuke、Chadani Yuhei、Niwa Tatsuya、Yamakawa Ayako、Machida Kodai、Imataka Hiroaki、Taguchi Hideki
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 7451-7451

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35156-x

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ER連動型ヒト因子由来・再構成型翻訳システムの開発2024

    • 著者名/発表者名
      砂川真弓, 金光風香, 豊田紗綾, 岡林瑞希, 村井優哉, 井上翼, 町田幸大, 今高寛晃
    • 学会等名
      第18 回 無細胞生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] CAG リピート由来フレームシフトの試験管内解析2024

    • 著者名/発表者名
      町田幸大, 北尻寛大, 砂川真弓, 今高寛晃
    • 学会等名
      第18 回 無細胞生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] C9orf72-GGGGCC リピートで生じるRepeat Associated Non-AUG(RAN)翻訳のヒト翻訳因子による再構成型翻訳系を用いた分子機構解析  伊藤隼人, 町田幸大, 蓮見眞由香, 上山盛夫, 永井義隆,2024

    • 著者名/発表者名
      伊藤隼人, 町田幸大, 蓮見眞由香, 上山盛夫, 永井義隆, 今高寛晃, 田口英樹
    • 学会等名
      第18 回 無細胞生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] CAGリピート由来の翻訳にポリアミンが与える影響の解明 Elucidation of the effects of polyamines on CA2023

    • 著者名/発表者名
      町田幸大、北尻寛太、今高寛晃
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ER連動型ヒト因子由来・再構成型翻訳システムの開発2023

    • 著者名/発表者名
      砂川真弓, 井上翼, 岡林瑞希, 金光風香, 豊田紗綾, 町田幸大, 今高寛晃
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ポリアミンによるRAN翻訳の誘導効果の解析2023

    • 著者名/発表者名
      小黒明広,植村武史,町田幸大,田島彩沙,河合剛太,今高寛晃
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] リピート関連非AUG翻訳に対するポリアミンの効果2023

    • 著者名/発表者名
      小黒明広, 町田幸大, 河合剛太, 今高寛晃, 松藤千弥
    • 学会等名
      ポリアミン研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] In vitro reconstitution and elucidation of noncanonical translation2022

    • 著者名/発表者名
      町田 幸大、辻本宗佑、砂川真弓、今高寛晃
    • 学会等名
      第22回日本蛋白質科学会年会 WS9-3 蛋白質科学会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] In vitro analysis of noncanonical Translation2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki IMATAKA
    • 学会等名
      TOKYO RNA CLUB 30th
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリアミンがCAG リピート由来の非標準翻訳に与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      町田 幸大, 今高 寛晃
    • 学会等名
      第17 回 無細胞生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 2Aペプチド自己切断阻害剤のスクリーニング2022

    • 著者名/発表者名
      Miki Seiya三木世良哉、Machida Kodai(町田幸大)、Imataka Hiroaki(今高寛晃)
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] SARS-CoV2 特異的フレームシフト阻害剤のスクリーニング2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Rin(田中凜)、Machida Kodai(町田幸大)、Imataka Hiroaki(今高寛晃)
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Reconstitution of c9orf72 (GGGGCC)-Repeat Associated Non-AUG translation with purified human translation factors2022

    • 著者名/発表者名
      Hayato Ito, Kodai Machida, Morio Ueyama, Yoshitaka Nagai, Hiroaki Imataka, Hideki Taguchi
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 無細胞翻訳系を用いたSCA36に関わるリピート関連非AUG(RAN)翻訳の分子機構解析2022

    • 著者名/発表者名
      蓮見真由美 伊藤隼人 町田幸大 永井義隆 今高寛晃 田口英樹
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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