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2014 年度 実績報告書

mRNAとタンパク質の品質管理機構における新生鎖の新規機能の解明

計画研究

研究領域新生鎖の生物学
研究課題/領域番号 26116003
研究機関東北大学

研究代表者

稲田 利文  東北大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (40242812)

研究分担者 長尾 翌手可  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30588017)
岩川 弘宙  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (60710415)
研究期間 (年度) 2014-06-27 – 2019-03-31
キーワードmRNA品質管理 / リボソーム / 新生鎖 / ユビキチン化 / 翻訳アレスト / プロテアソーム
研究実績の概要

翻訳途上の新生ポリペプチド鎖(新生鎖)は、細胞全体の生命現象の制御と調節に重要な役割を果たす。研究代表者は、mRNA品質管理品質管理機構を解析し、異常なmRNA由来の新生ポリペプチド鎖の新規分解機構とmRNA切断における新生鎖の機能を明らかにした。連続した塩基性配列を持った新生鎖が翻訳伸長反応を停止(翻訳アレスト)させる結果、mRNA切断と新生鎖のユビキチン化とプロテアソームによる迅速な分解が起こる。本研究課題では、遺伝子発現の正確性を保証するmRNAとタンパク質の品質管理機構における、新生鎖の新規機能と新生鎖の運命決定機構の解明をめざし、以下の項目を解析した。①特異的配列を持つ新生鎖による翻訳アレストの分子機構、②翻訳アレストによる新生鎖分解とmRNA切断におけるE3ユビキチンライゲースHel2の機能解析、③フォールディングか分解かの新生鎖の運命決定機構とmRNA品質管理因子の機能。その結果、異常新生鎖による翻訳アレストに必須な因子を出芽酵母の遺伝学を用いて同定した。その結果、翻訳伸長途中で停滞した80Sリボソームに結合するE3ユビキチンライゲースであるHel2が40Sリボソームタンパク質を特異的にユビキチン化することが、翻訳伸長阻害が原因で起こるmRNA(NGD)と新生ポリペプチド鎖(RQC)に対する品質管理機構に必須であることを見出した。また、研究分担者の岩川は、RISCによる切断または翻訳アレストを受けたmRNA上のリボソーム、および新生鎖のその後の運命を生化学的に解析する基盤となる動植物のセルフリー系を確立した。長尾は、細胞内ぺプチジルtRNAを質量分析によって解析することで、翻訳初期段階においてフレームシフトやミスデコーディングによってリボソーム上で誤って産生されたぺプチジルtRNAが積極的にリボソームから脱離される機構がある可能性を示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究代表者は2005年以降、一貫して翻訳伸長(タンパク質の合成途中)段階での異常を認識する品質管理機構を一貫して解析して来た。1)終止コドンを持たない異常mRNAでは3’末端のpoly(A)鎖まで翻訳が進行する結果、ポリリジン鎖が合成され、この連続した塩基性アミノ酸配列が翻訳伸長阻害とタンパク質の分解を引き起こすことを明らかにした(EMBO J., 2005; Genes Dev., 2007; JBC, 2009; EMBO Rep., 2010)。この発見を契機に、複数の欧米の有力研究室が翻訳伸長阻害に起因する品質管理機構の解析を開始し、分子機構の解明が急速に進んだ(Nature, 2010; Cell 2012; Mol. Cell, 2012; Mol. Cell, 2014; Science 2015)。現在では、翻訳伸長途中で停滞した80Sリボソームは、各サブユニットに解離し、60Sサブユニット上の新生ポリペプチド鎖(peptidyl-tRNA)がE3ユビキチンライゲースであるListerinによってユビキチン化された後にプロテアソームによって迅速に分解される分子機構が明らかになっている。本計画研究において研究代表者は、停滞した80Sリボソームに結合するE3ユビキチンライゲースであるRQT1によるリボソーム上の標的因子のユビキチン化が必須であることを見出した(論文投稿中)。この知見は世界初であり、翻訳伸長複合体の運命決定機構を解明のみでなく、ユビキチン化の全く新規な機能を解明した点でも特筆すべき研究成果である。

今後の研究の推進方策

研究は順調に進んでおり、大きな問題はない。平成27年度の研究計画は以下である。
(1)特異的配列を持つ新生鎖による翻訳アレストの分子機構:試験管内翻訳系を用いて新生鎖による伸長反応の制御機構を明らかにする。(2)翻訳アレストによる新生鎖分解とmRNA切断におけるE3ユビキチンライゲースHel2の機能解析:翻訳アレスト状態のリボソームをHel2が認識し品質管理へと導く機構を明らかにする。Hel2によるユビキチン化の標的因子の同定と、ユビキチン化の機能を解析する。(3)翻訳アレストに起因するmRNAと新生鎖の品質管理機構の普遍性:①使用頻度の低いコドンによる翻訳アレストや②RISC(miRNA-Induced Silencing Complex)等による物理的なリボソームの阻害による品質管理機構を明らかにし、特異的な新生鎖による品質管理機構の普遍性を明らかにする。(4)フォールディングか分解かの新生鎖の運命決定機構とmRNA品質管理因子の機能:異常mRNA由来の異常新生鎖と相互作用し、分解かフォールディングかの運命を決定するシャペロン因子の機能を明らかにする。研究分担者の長尾は、rRNAやtRNA修飾がその機構にどのように関わっているかなど分子メカニズムについて追究する。研究分担者の岩川は、昨年度確立したセルフリー系を用いてRISCによる翻訳アレストの分子機構の解析を行う。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Roles of mRNA-fate modulators Dhh1 and Pat1 in TNRC6-dependent gene silencing recapitulated in yeast.2015

    • 著者名/発表者名
      Makino, S., Mishima, Y., Inoue, K. and Inada, T.
    • 雑誌名

      J Biol. Chem.

      巻: 290 ページ: 8331- 8347

    • DOI

      10.1074/jbc.M114.634592.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Protein quality control systems associated with no-go and nonstop mRNA surveillance in yeast.2014

    • 著者名/発表者名
      Matsuda R, Ikeuchi K, Nomura S, Inada T.
    • 雑誌名

      Genes Cells.

      巻: 19 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1111/gtc.12106.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Profiles of extracellular miRNAs in the aqueous humor of glaucoma patients assessed with a microarray system.2014

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Y, Tsuda S, Kunikata H, Sato J, Kokubun T, Yasuda M, Nishiguchi KM, Inada T, Nakazawa T.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: 4 ページ: 5089

    • DOI

      10.1038/srep05089

    • 査読あり
  • [雑誌論文] MicroRNAs block assembly of eIF4F translation initiation complex in Drosophila2014

    • 著者名/発表者名
      #Fukaya T, #Iwakawa HO, Tomari Y. (# equal contribution)
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 56 ページ: 67-78

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2014.09.004.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 翻訳伸長複合体の運命決定機構2014

    • 著者名/発表者名
      稲田 利文
    • 学会等名
      第37回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-11-25 – 2014-11-27
  • [学会発表] Ubiquitylation of ribosomal proteins governs the fate of stalled ribosomes2014

    • 著者名/発表者名
      Toshifum Inada
    • 学会等名
      Joint Australia and Japan RNA meeting
    • 発表場所
      University of Technology,Sydney,Australia
    • 年月日
      2014-11-02 – 2014-11-05
    • 招待講演
  • [学会発表] 翻訳伸長複合体の品質管理機構におけるユビキチン化の新規機構2014

    • 著者名/発表者名
      稲田 利文
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-18
  • [学会発表] Hel2 induces ribosome quality control by ubiquitination of 40S ribosomal proteins in stalled ribosomes2014

    • 著者名/発表者名
      Toshifum Inada
    • 学会等名
      Translational Control
    • 発表場所
      Cold Spring Harbor Laboratory,NY,USA
    • 年月日
      2014-09-02 – 2014-09-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Ribosome assosiated E3 ubiquitin ligase complex is required for mRNA and protein quality control systems induced by translation arrest2014

    • 著者名/発表者名
      Toshifum Inada
    • 学会等名
      Post-Transcriptional Control of Gene Expression: Mechanism of mRNA Decay
    • 発表場所
      BigSky,Montana,USA
    • 年月日
      2014-07-06 – 2014-07-11
  • [図書] Novel roles of the multi-functional CCR4-NOT complex in post-transcriptional regulation.2014

    • 著者名/発表者名
      Inada T, Makino S.
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      Front Genet
  • [備考] 東北大学大学院薬学研究科遺伝子制御薬学分野

    • URL

      http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~idenshi/inada_lab_HP/Home.html

  • [備考] 東京大学分子細胞生物学研究所RNA機能研究分野

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/tomari/

  • [備考] 東京大学大学院工学系研究科 化学生命工学専攻RNA生命化学

    • URL

      http://rna.chem.t.u-tokyo.ac.jp

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公開日: 2016-06-01  

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