栄養応答における新規転写後制御機構の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 大地環境変動に対する植物の生存・成長突破力の分子的統合解析
• 研究課題/領域番号: 22119006
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 内藤 哲 北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (20164105)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: mRNA分解 / リボソーム / 翻訳停止 / 試験管内翻訳系 / シロイヌナズナ

研究実績の概要

様々な環境条件下での植物の持続的成長には，環境変動に対して細胞内恒常性を厳密に維持する機構が不可欠である。シスタチオニンγ-シンターゼ(CGS)は，植物においてメチオニン生合成の鍵段階を触媒する。メチオニンの生合成はCGSをコードするCGS1遺伝子の翻訳段階で，メチオニンの代謝産物であるS-アデノシルメチオニン(SAM)に応答したSer-94コドンでの翻訳停止と共役したCGS1 mRNAの分解によってフィードバック制御される。
出口トンネルにはリボソームタンパク質L4とL22が突き出た狭窄部位がある。SAMに応答したCGS1 mRNAの翻訳停止における出口トンネルの関与を解析するため，L4タンパク質のβ-ループに変異を導入したトランスジェニック・シロイヌナズナを構築した。シロイヌナズナは，L4AとL4Dの2つのL4遺伝子を持つ。L4Dのβ-ループ頂点の両側に欠失を導入し，C末端にFLAGタグを付けて，L4Dノックアウト株に導入した。Western解析により，変異型リボソームが構築され，翻訳に与っていることを示した。
これらの植物からシロイヌナズナ試験管内翻訳系（Plant Cell Physiol. 52:1443-53, 2011）を調製し，GST:CGS1-exon 1 mRNAを翻訳させた結果，SAMに応答した翻訳停止効率が対照株に比べて低下していた。一方，SAMに応答した翻訳停止に伴って，MTO1領域を含む新生ペプチドは，出口トンネル内で収縮したコンフォメーションを取る（J. Biol. Chem., 286:14903-12, 2011）。新生ペプチドのコンフォメーション変化を調べた結果，SAMに応答した新生ペプチドの収縮が起こりにくくなっていた。これらの結果は，SAMに応答したCGS1 mRNAの翻訳停止に，リボソーム出口トンネルの狭窄部位が関与することを示している。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of novel Arabidopsis thaliana upstream open reading frames that control expression of the main coding sequences in a peptide sequence-dependent manner. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ebina I, Takemoto-Tsutsumi M, Watanabe S, Koyama H, Endo Y, Kimata K, Igarashi T, Murakami K, Kudo R, Ohsumi A, Noh AL, Takahashi H, Naito S, Onouchi H
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 43 ページ: 1562-1576
  • DOI: 10.1093/nar/gkv018
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Polyamine-responsive ribosomal arrest at the stop codon of an upstream open reading frame of the AdoMetDC1 gene triggers nonsense-mediated mRNA decay in Arabidopsis thaliana. (2014)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama-Kadokura N, Murakami K, Takemoto M, Koyanagi N, Murota K, Naito S, Onouchi H
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 55 ページ: 1556-1567
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu086
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The N-terminal cleavable pre-sequence encoded in the first exon of cystathionine γ-synthase contains two different functional domains for chloroplast targeting and regulation of gene expression. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hagiwara-Komoda Y, Sugiyama T, Yamashita Y, Onouchi H, Naito S
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 55 ページ: 1779
  • DOI: 10.1093/pcp/pcu110
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A U-system approach for predicting metabolic behaviors and responses based on an alleged metabolic reaction network. (2014)
  • 著者名/発表者名: Sriyudthsak K, Sawada Y, Chiba Y, Yamashita Y, Kanaya S, Onouchi H, Fujiwara T, Naito S, Voit EO, Shiraishi F, Hirai MY
  • 雑誌名: BMC Systems Biology 巻: 8 ページ: S4
  • DOI: 10.1186/1752-0509-8-S5-S4
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] シロイヌナズナにおける最小uORFを介したホウ素依存的なリボソーム停滞によるmRNA分解・翻訳効率の制御機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，反田直之，三輪京子，山下由衣，千葉由佳子，尾之内均，内藤 哲、藤原 徹
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [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新生ペプチドの収縮とリボソーム出口トンネルの研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋悠文，山下由衣，尾上典之，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 低温ストレスに応答したmRNA合成と分解の協調的制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒江星拓，以西史織，峯田克彦，平井優美，鈴木悠也，金谷重彦，山口淳二，内藤 哲，千葉由佳子
  • 学会等名: 第56回日本植物生理学会年会
  • 発表場所: 東京農業大学（東京）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] シロイヌナズナCGS1 mRNAにおける翻訳アレスとに先立って起こるリボソームの状態変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山下由衣，榊原 知，尾之内均，内藤 哲
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] 最小uORF上でのホウ素依存的なリボソーム停滞を介した遺伝子発現制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中真幸，反田直之，三輪京子，千葉由佳子，尾之内均，内藤 哲、藤原 徹
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] 低温ストレスに応答したmRNA合成と分解の協調的制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 千葉由佳子，以西史織，峯田克彦，平井優美，鈴木悠也，金谷重彦，山口淳二，内藤 哲
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] Coordinated regulations of mRNA synthesis and degradation during cold acclimation in Arabidopsis cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Chiba, Y., Isai, S., Mineta, K., Hirai, M.Y., Suzuki, Y., Kanaya, S., Yamaguchi, J., Naito, S.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference, Post-transcriptional Control of Gene Expression: Mechanisms of mRNA Decay
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [学会発表] Ribosomes stack and are arrested at the early step of translocation upon S-adenosyl-L-methionine-induced translation arrest of Arabidopsis CGS1 mRNA. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, Y., Kadokura, Y., Sotta, N., Fujiwara, T., Satake, A., Tagigawa, I., Onouchi, H., Naito, S.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference, Post-transcriptional Control of Gene Expression: Mechanisms of mRNA Decay
  • 発表場所: Big Sky, Montana, USA
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [備考] リボソームによる細胞内環境の検知と遺伝子発現制御
  • URL: http://www.agr.hokudai.ac.jp/arabi/research.html