シロイヌナズナCGS1遺伝子における翻訳停止とmRNA分解機構の研究

• 研究領域: 新生鎖の生物学
• 研究課題/領域番号: 15H01525
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 内藤 哲 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20164105)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2015年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: 翻訳伸長停止 / リボソーム / シロイヌナズナ / コムギ胚芽抽出液 / シロイヌナズナ試験管内翻訳系 / S-アデノシルメチオニン / シスタチオニンγ-シンターゼ / 翻訳停止 / mRNA分解 / シスタチオニンγシンターゼ

研究実績の概要

リボソームで合成された新生ペプチドは，大サブユニットを貫く出口トンネルを通って出てくる。出口トンネルを1/3ほど進んだところには，出口トンネルが狭まった「狭窄部位」があり，リボソームタンパク質のRPuL4とRPuL17のβ-loopが出口トンネルに突き出た構造になっている。狭窄部位は新生ペプチドとの相互作用部位として注目されている。シロイヌナズナは2つのRPuL4遺伝子を持つ。RPuL4の一つのオルソログのノックアウト株に，β-loopのステムの両側部分に1アミノ酸欠失を導入し，C末端にFLAGタグを付けた変異型遺伝子を導入したトランスジェニックシロイヌナズナ株から調製したシロイヌナズナ無細胞抽出液を用いた試験管内翻訳では，変異型リボソームの形成率に応じて，S-アデノシルメチオニンに応答した翻訳停止効率が低下することを見いだしている。FLAGタグを利用した免疫沈降法により，シロイヌナズナ試験管内翻訳系における変異型リボソームの割合を増加させた結果，変異型リボソームの濃縮率に応じて翻訳停止効率がさらに低下した。変異型リボソームと翻訳停止効率を，直接的に関連づけることができた。
酵母でno-go mRNA decayを誘導すると報告されているステム・ループ構造を持ったmRNAをシロイヌナズナ試験管内翻訳系で翻訳させると，翻訳停止が起こることをH27年度に見いだしている。この実験系について，詳細な解析を行なった結果，翻訳停止がステム・ループ構造の前半のステム内で起きていると考えられることを見いだした。しかしながら，強力なステム・ループ構造であるがために，プライマー伸長反応は困難であり，リボソームの停止位置を正確に同定するには至らなかった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ミュンヘン大学(ドイツ)
• [国際共同研究] University of Munich(Germany)
• [雑誌論文] Sucrose sensing through nascent peptide-mediated ribosome stalling at the stop codon of Arabidopsis bZIP11 uORF2. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Y., Takamatsu, S., Glassbrenner, M., Becker, T., Naito, S., Beckmann, R.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 印刷中 号: 9 ページ: 1266-1277
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12634
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The minimum open reading frame, AUG-Stop, induces boron-dependent ribosome stalling and mRNA degradation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Sotta, N., Yamazumi, Y., Yamashita, Y., Miwa, K., Murota, K., Chiba, Y., Hirai, M.Y., Akiyama, T., Onouchi, H., Naito, S., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: The Plant Cell 巻: 28 ページ: 2830-2849
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Truncated yet functional viral protein produced via RNA polymerase slippage implies underestimated coding capacity of RNA viruses (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuka Hagiwara-Komoda, Sun Hee Choi2, Masanao Sato, Go Atsumi, Junya Abe, Junya Fukuda, Mie N. Honjo, Atsushi J. Nagano, Keisuke Komoda, Kenji S. Nakahara, Ichiro Uyeda, Satoshi Naito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 21411-21411
  • DOI: 10.1038/srep21411
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] リボソーム出口トンネルは翻訳中のリボソームの停滞を介して遺伝子発現を制御する． (2017)
  • 著者名/発表者名: 高松世大，三浦弓佳，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤哲.
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] リボソームの停滞を引き起こす新規被子植物uORFの同定． (2017)
  • 著者名/発表者名: 林憲哉，佐々木駿，Z. Feng, 藤原徹，内藤哲，尾之内均．
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] ホウ素輸送体NIP5;1における5’-UTRに存在するAUGUAAを介した転写制御機構の可能性． (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，反田直之，千葉由佳子，尾之内均，内藤哲，藤原徹．
  • 学会等名: 第58回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] The β-loop regions of ribosomal protein uL4 and uL22 are essential for nascent peptide-mediated translation elongation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamashita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.
  • 学会等名: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Boron-dependent ribosome stalling at UAGUAA, a minimum ORF, downregulates NIP5;1 expression in Arabidopsis thaliana. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Sotta, M., Miwa, K., Chiba, Y., Onouchi, H., Naito, S., Fujiwara, T.
  • 学会等名: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Identification and functional analysis of angiosperm upstream open reading frames causing nascent peptide-mediated ribosomal arrest. (2016)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, N., Takahashi, H., Naito, S., Onouchi, H.
  • 学会等名: RNA2016: The RNA Society of Japan 18th Annual Meeting and the 21st Annual Meeting of the RNA Society.
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] The beta-loop regions of ribosomal proteins uL4 and uL22 are essential for nascent peptide-mediated translation elongation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamashita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.
  • 学会等名: 21st Annual Meeting of the RNA Society and 18th Annual Meeting of the RNA Society of Japan
  • 発表場所: 京都国際会議場（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of ribosomal exit tunnel in nascent peptide-mediated translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2016)
  • 著者名/発表者名: Takamatsu, S., Ohashi, Y., Yamshita, Y., Onoue, N., Onouchi, H., Naito, S.,
  • 学会等名: 57th Annual Meeting of the Japanese Society of Plant Physiologists
  • 発表場所: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAの新生ペプチドによる翻訳アレストへのリボソーム出口トンネルの関与. (2015)
  • 著者名/発表者名: 高松世大，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会 合同大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場他（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] Feedback regulation of of methionine biosynthesis mediated by ribosome stalling in Arabidopsis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., Ohashi, Y., Takamatsu, S., Onoue, N., Morimoto, K., Tajima, Y., Aono, S., Onouchi, H., Naito, S.
  • 学会等名: 14th International Congress on Amino Acids and Proteins.
  • 発表場所: Vienna (Austria)
  • 年月日: 2015-08-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1遺伝子の翻訳アレストにおけるリボソーム出口トンネルの役割. (2015)
  • 著者名/発表者名: 高松世大，大橋悠文，尾上典之，山下由衣，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第17回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ホテルライフォート札幌（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-07-15
• [備考] Methionine Biosynthesis in Plants
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research-cgs-e.html
• [備考] methionine biosynthesis in plants
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research-cgs-e.html