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2021 年度 実績報告書

機能性翻訳途上鎖の生理機能と分子機構

計画研究

研究領域マルチファセット・プロテインズ:拡大し変容するタンパク質の世界
研究課題/領域番号 20H05926
研究機関京都産業大学

研究代表者

千葉 志信  京都産業大学, 生命科学部, 教授 (20523517)

研究分担者 内藤 哲  北海道大学, 農学研究院, 農学研究院研究員 (20164105)
研究期間 (年度) 2020-11-19 – 2025-03-31
キーワード新生鎖 / 翻訳アレスト / リボソーム / 非典型的翻訳動態
研究実績の概要

本研究課題は、新生鎖の状態で、制御された翻訳アレストという機構を用い、細胞内環境をモニタリングし、遺伝子発現制御を介して細胞の機能を調節する「機能性新生鎖」の生理機能と分子機構の解明を目指している。
代表者・千葉は、放線菌由来のアレスト因子ApcA、ApdA、および、根粒菌由来のApdPについて、大腸菌および枯草菌を宿主とし、網羅的な変異解析を行った。その結果、これら三者に類似のアミノ酸配列の重要性が浮上した。このことは、これらの因子が部分的に共通の機構を介して翻訳アレストを起こす可能性があることを示唆している。また、この類似モチーフの変異解析から、いずれの場合も、モチーフ内の共通の残基が他のアミノ酸残基に置換不可能であることが分かり、その残基の翻訳アレストにおける重要性が示唆された。一方、枯草菌のリボソームを改変したオルソゴナル翻訳系の構築に成功した。このオルソゴナル翻訳系の確立により、枯草菌において、リボソームタンパク質のみならず、リボソームRNAの変異解析が可能になるものと期待される。
分担者・内藤は、真核生物における「機能性新生鎖」の生理機能と分子機構の解明に資する研究材料として、変異型リボソームのみを発現するトランスジェニックシロイヌナズナの作出を継続して実施した。リボソームタンパク質uL4およびuL22について、外来遺伝子として変異型リボソームを発現させるための方策として、2コピーの変異型遺伝子を安定して発現させられる発現ベクターを新たに作出し、無細胞翻訳系とタバコ葉の一過的発現系でうまく機能することが明らかになった。また、コムギ胚芽抽出液の無細胞翻訳系を用いて、植物・動物・ウイルスを含めた真核生物で知られている翻訳アレスト配列におけるリボソーム停滞の生化学的解析を行い、翻訳アレストを生化学的に記述するとともに、その性状と生理学的機能の関係を考察した。

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

千葉は、ApcA、ApdA、ApdPの変異解析から、アレスト因子の分子機構や分子進化に関連した興味深い知見が得られた。また、リボソームRNAの変異解析に有用な枯草菌のオルソゴナル翻訳系の確立に成功した。
内藤は、リボソームタンパク質uL4およびuL22に変異を導入したシロイヌナズナ株の作出のために、2コピーのリボソームタンパク質を安定して発現させることに成功した。また、無細胞翻訳系における翻訳アレストを生化学的に記述する実験系の構築に成功した。
以上の成果が得られたことから、研究計画がおおむね順調に進行していると判断出来る。

今後の研究の推進方策

千葉は、放線菌由来のApcA、ApdAについて、天然の宿主である放線菌を用いて、これらが下流遺伝子の制御に関与しているか否か、また、もしそうであれば、どのようなメカニズムでそれがなされているのかについて、放線菌のレポーター株などを構築し、遺伝学的に解析する。また、放線菌リボソームを用いた試験管内翻訳系を構築し、これらのアレスト因子の生化学的な解析を行う。さらに、変異解析が容易な枯草菌オルソゴナル翻訳系を用い、ApcA、ApdA、ApdPの翻訳アレストに重要な役割を果たすリボソームRNAの残基を同定し、これらのアレスト因子とリボソームとの相互作用について、遺伝学的に解析する。
内藤は、これまでに確立した発現ベクターをタバコ葉における一過的発現系に適用して、リボソームタンパク質uL4およびuL22に導入する変異の種類を検討する。当該リボソームタンパク質のリボソームへの取り込み効率から、機能性新生鎖の解析に適した変異の種類を決定する。変異の決定後は上記の発現ベクターを用いてトランスジェニックシロイヌナズナの作出を開始する。実験可能となる2世代目の植物から、表現系・生理応答解析、翻訳アレストの評価のための一過的発現解析と細胞翻訳系における解析を実施する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ハンブルク大学
  • [雑誌論文] Translational Landscape of a C4 Plant, <i>Sorghum bicolor</i>, Under Normal and Sulfur-Deficient Conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Sotta Naoyuki、Chiba Yukako、Aoyama Haruka、Takamatsu Seidai、Suzuki Takamasa、Miwa Kyoko、Yamashita Yui、Naito Satoshi、Fujiwara Toru
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 63 ページ: 592~604

    • DOI

      10.1093/pcp/pcac023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Search for translation arrest peptides encoded upstream of genes for components of protein localization pathways2021

    • 著者名/発表者名
      Sakiyama Karen、Shimokawa-Chiba Naomi、Fujiwara Keigo、Chiba Shinobu
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 49 ページ: 1550~1566

    • DOI

      10.1093/nar/gkab024

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] タンパク質局在化装置に関連した翻訳アレスト因子の多様性と共通性2022

    • 著者名/発表者名
      千葉志信
    • 学会等名
      2021年度遺伝研研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanistic specificity of ribosome stalling involved in ER-stress response in plants2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Imamichi, Nao Kusumoto, Seidai Takamatsu, Yugo Honda, Shiori Muraoka, Hitoshi Onouchi, Satoshi Naito, Yui Yamashita
    • 学会等名
      第63回日本植物生理学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 真核生物における新生ペプチドに依存したリボソーム停滞:数理モデルフィッティングによる定量的解析2021

    • 著者名/発表者名
      今道 朋哉,高松 世大,尾之内 均,山下 由衣,内藤 哲
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会
  • [備考] 千葉研究室HP

    • URL

      http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~k4563/index-j.html

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公開日: 2022-12-28  

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