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翻訳鋳型核酸の部位特異的大規模解析によるセントラルドグマが持つ高次性の解明

公募研究

研究領域新生鎖の生物学
研究課題/領域番号 17H05680
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
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

清水 義宏  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, ユニットリーダー (90401231)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワード無細胞タンパク質合成 / リボソーム / 次世代シーケンス解析
研究実績の概要

細胞内外の多様な生命活動を支えるために、タンパク質は20種類もしくはそれ以上のアミノ酸で構成されるポリペプチド鎖からなる膨大な一次配列空間から適切な配列を選択し、多様な生体システムを形成している。こうした多様性を支えるためには、リボソームを中心としたタンパク質合成システムが多様な配列に対応できるような汎用性を備えていると考えられてきた。しかしながら、近年になって、こうしたタンパク質合成装置の高い汎用性に数多くの例外が存在すること、さらに、その例外が様々な生命活動において役割を担っていることが明らかにされており、核酸が持つ遺伝暗号がタンパク質のアミノ酸配列を規定しているという単純明快に見えたセントラルドグマで記述されるプロセスが、より複雑な階層構造を持ったシステムであることが示唆されている。本研究では、次世代シーケンサおよび再構成型無細胞タンパク質合成システムであるPURE systemを利用して、リボソームがmRNAの多様性に対して保持する一般性または特異性を包括的に解析し、セントラルドグマで記述されるプロセスにおける複雑な階層構造を定量的に記述することを目指した。これまでに、部位特異的にランダム化させた鋳型を用いた進化分子工学的アプローチによる選択系を用いて配列とタンパク質合成効率の相関の測定や、質量分析法を利用した1000種類強のペプチドの合成量を指標にした配列とペプチド合成量の相関を測定し、鋳型核酸配列とタンパク質合成効率の関係性を明らかにするいくつかのアプローチの構築に成功しており、データ解析によってタンパク質合成活性に高い影響を与える特徴的な配列の抽出を行うことが可能になった。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] High-resolution crystal structure of peptidyl-tRNA hydrolase from Thermus thermophiles2019

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto A., Uehara Y., Shimizu Y., Ueda T., Uchiumi T., Ito K.
    • 雑誌名

      Proteins

      巻: 87 号: 3 ページ: 226-235

    • DOI

      10.1002/prot.25643

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Live single cell mass spectrometry reveals cancer‐specific metabolic profiles of circulating tumor cells2019

    • 著者名/発表者名
      Abouleila Yasmine、Onidani Kaoru、Ali Ahmed、Shoji Hirokazu、Kawai Takayuki、Lim Chwee Teck、Kumar Vipin、Okaya Shinobu、Kato Ken、Hiyama Eiso、Yanagida Toshio、Masujima Tsutomu、Shimizu Yoshihiro、Honda Kazufumi
    • 雑誌名

      Cancer Science

      巻: 110 号: 2 ページ: 697-706

    • DOI

      10.1111/cas.13915

    • 関連する報告書
      2018 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] Single-Cell Screening of Tamoxifen Abundance and Effect Using Mass Spectrometry and Raman-Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Ali Ahmed、Abouleila Yasmine、Shimizu Yoshihiro、Hiyama Eiso、Watanabe Tomonobu M.、Yanagida Toshio、Germond Arno
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 91 号: 4 ページ: 2710-2718

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.8b04393

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Phosphorogenic and spontaneous formation of tris(bipyridine)ruthenium in peptide scaffolds2019

    • 著者名/発表者名
      Karimiavargani Marziyeh、Tada Seiichi、Minagawa Noriko、Shimizu Yoshihiro、Hirose Takuji、Ito Yoshihiro、Uzawa Takanori
    • 雑誌名

      Journal of Peptide Science

      巻: 25 号: 4

    • DOI

      10.1002/psc.3158

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing2018

    • 著者名/発表者名
      Murakami Tatsuya C.、Mano Tomoyuki、Saikawa Shu、Horiguchi Shuhei A.、Shigeta Daichi、Baba Kousuke、Sekiya Hiroshi、Shimizu Yoshihiro、Tanaka Kenji F.、Kiyonari Hiroshi、Iino Masamitsu、Mochizuki Hideki、Tainaka Kazuki、Ueda Hiroki R.
    • 雑誌名

      Nat Neurosci

      巻: 21 号: 4 ページ: 627-637

    • DOI

      10.1038/s41593-018-0109-1

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Characterization of Translational Riboregulators Using an in Vitro Transcription?Translation System2018

    • 著者名/発表者名
      Senoussi Anis、Lee Tin Wah Jonathan、Shimizu Yoshihiro、Robert J?r?me、Jaramillo Alfonso、Findeiss Sven、Axmann Ilka M.、Estevez-Torres Andr?
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 号: 5 ページ: 1269-1278

    • DOI

      10.1021/acssynbio.7b00387

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cell-free synthesis of stable isotope-labeled internal standards for targeted quantitative proteomics2018

    • 著者名/発表者名
      Narumi Ryohei、Masuda Keiko、Tomonaga Takeshi、Adachi Jun、Ueda Hiroki R.、Shimizu Yoshihiro
    • 雑誌名

      Synthetic and Systems Biotechnology

      巻: 3 号: 2 ページ: 97-104

    • DOI

      10.1016/j.synbio.2018.02.004

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robustness of a Reconstituted Escherichia coli Protein Translation System Analyzed by Computational Modeling2018

    • 著者名/発表者名
      Matsuura Tomoaki、Hosoda Kazufumi、Shimizu Yoshihiro
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 号: 8 ページ: 1964-1972

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00228

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstitution of 30S ribosomal subunits in vitro using ribosome biogenesis factors2018

    • 著者名/発表者名
      Tamaru Daichi、Amikura Kazuaki、Shimizu Yoshihiro、Nierhaus Knud H.、Ueda Takuya
    • 雑誌名

      RNA

      巻: 24 号: 11 ページ: 1512-1519

    • DOI

      10.1261/rna.065615.118

    • 関連する報告書
      2018 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] Chemical Landscape for Tissue Clearing Based on Hydrophilic Reagents.2018

    • 著者名/発表者名
      Tainaka K, Murakami TC, Susaki EA, Shimizu C, Saito R, Takahashi K, Hayashi-Takagi A, Sekiya H, Arima Y, Nojima S, Ikemura M, Ushiku T, Shimizu Y, Murakami M, Tanaka KF, Iino M, Kasai H, Sasaoka T, Kobayashi K, Miyazono K, Morii E, Isa T, Fukayama M, Kakita A, Ueda HR.
    • 雑誌名

      Cell Rep.

      巻: 24 号: 8 ページ: 2196-2210

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2018.07.056

    • NAID

      120006542018

    • 関連する報告書
      2018 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] G-Protein Coupled Receptor Protein Synthesis on a Lipid Bilayer Using a Reconstituted Cell-Free Protein Synthesis System2018

    • 著者名/発表者名
      Gessesse Belay、Nagaike Takashi、Nagata Koji、Shimizu Yoshihiro、Ueda Takuya
    • 雑誌名

      Life

      巻: 8 号: 4 ページ: 54-54

    • DOI

      10.3390/life8040054

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Protein Absolute Quantification Using Cell-Free-Synthesized Peptide2017

    • 著者名/発表者名
      Ryohei Narumi, Yoshihiro Shimizu, Hiroki R. Ueda
    • 雑誌名

      Proteome Letters

      巻: 2 ページ: 75-82

    • NAID

      130006743386

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Functional and structural analysis of cell-free synthesized membrane proteins2019

    • 著者名/発表者名
      Belay Gessesse, Takuya Ueda, Yoshihiro Shimizu
    • 学会等名
      63rd Annual Meeting of the Biophysical Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interaction analysis of mRNA sequence and ribosome during translation initiation using next generation sequencer2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on "Proteins; from the Cradle to the Grave"
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 無細胞合成ペプチドを利用した定量プロテオミクスへの展開2018

    • 著者名/発表者名
      清水義宏
    • 学会等名
      第5回Ribosome Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 生体膜上の生物化学における無細胞タンパク質合成システムの利用2018

    • 著者名/発表者名
      清水義宏
    • 学会等名
      大阪大学蛋白質研究所セミナー 生体膜上の生物化学2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Elucidation of higher-order stucture in central dogma pathways by large-scale analyses of mRNA sequences2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Shimizu
    • 学会等名
      International Symposium on Protein Quality Control
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 鋳型核酸の部位特異的大規模解析によるセントラルドグマが持つ高次性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      清水義宏
    • 学会等名
      新学術領域研究「新生鎖の生物学」平成29年度第一回班会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Synthetic and systems biological application of the PURE system2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Shimizu
    • 学会等名
      Workshop on Cell-free synthetic biology of artificial cells
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 特定のtRNAを抜く ~ よりコントローラブルなPURE systemにむけて2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤文, 清水義宏
    • 学会等名
      第12回無細胞生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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