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2017 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, 教授 (40242812)

研究分担者 長尾 翌手可  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 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) 2014-07-10 – 2019-03-31
キーワード新生鎖 / リボソーム動態 / ユビキチン化 / peptidyl-tRNA / 翻訳伸長制御 / RISC
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(RQC: Ribosome-associated Quality Control)とmRNA切断機構である(No-Go Decay: NGD)における新生鎖の機能を明らかにした。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、以下の項目を解析する。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、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。平成28年度には、ミュンヘン大学のRoland Beckmann博士との共同研究によりE3ユビキチンライゲースHel2と80Sリボソームとの複合体の構造をクライオ電顕により解析し、翻訳伸長の極めて特徴的な中間体がHel2に認識される可能性を示した(論文発表済)。また、RQCに必須な新規因子RQT複合体を同定し、RQT複合体に含まれるユビキチン結合因子によるユビキチン認識がRQCに必須であることを見出した。研究分担者の長尾は、タンパク質N末端付近の翻訳精度維持機構を見出し、さらにdrop-offに影響するrRNA変異体ではその精度が低下することも明らかにした。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作成した。

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

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Hel2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(Matsuo et al Nature Communications, 2017)。ミュンヘン大学のRoland Beckmann博士との共同研究によりE3ユビキチンライゲースHel2と80Sリボソームとの複合体の構造をクライオ電顕により解明し、翻訳伸長の極めて特徴的な中間体がHel2に認識される可能性が強く示唆する結果を得た。さらにRQCに必須な新規因子RQT複合体を同定し、RQT複合体に含まれるユビキチン結合因子によるユビキチン認識がRQCに必須であることを見出した。これらの知見は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。長尾は、大腸菌細胞内に蓄積したpep-tRNAを全tRNA種について単離精製を行い、700以上のペプチド種を同定することに成功し、翻訳が進むにつれタンパク質合成の精度が高くなっていることが判明した。また、ミスデコーディングが生じると積極的にpep-tRNAの脱落が起き翻訳精度を保っていることを捉えることができた。

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。翻訳異常を感知し異常mRNAとタンパク質の分解を引き起こす品質管理の分子機構の解明を目標に、平成30年度には以下の解析を行う。①特異的配列を持つ新生鎖による翻訳アレストを認識機構におけるHel2の機能解明:Hel2とリボソームの複合体構造をクライオ電顕によって解析する。ミュンヘン大のBeckmann研との共同研究については、精製とクロスリンク等の条件検討を進めて、Hel2の全体を含むリボソーム複合体の構造決定を目指す。②停滞したリボソームの解離因子の同定:RQCに必須な新規因子Rqt2/3/4を同定できたため、翻訳伸長停滞を認識機能について解析する。リボソームの解離に直接関与する可能性を検証する。③これまでに構築した試験管内系を用いて、植物のRISCに依存したリボソーム停止反応の詳細な機構を解析する。また、最近発見したRISC依存的なリボソーム停止の鍵となる補助因子が、植物の全体の翻訳にどのような影響を持つのかを調べるためにリボソームプロファイリングを行う。(研究分担者岩川博士担当)。④大腸菌を用いて細胞内のpeptidyl-tRNAを網羅的に解析する方法を確立したため、peptidyl-tRNAの単離解析を行い、デコーディング面からdrop offのメカニズム解明を目指す(研究分担者長尾博士担当)。⑤⑥RQC/NGD因子の発現低下による翻訳異常を示すmRNAの同定を進め、RQC/NGD因子の発現低下による行動異常の原因となる翻訳異常の実体を解明する。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] University of Munich(Germany)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      University of Munich
  • [国際共同研究] University of California, Berkeley(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Berkeley
  • [雑誌論文] Ubiquitination of Stalled Ribosome Triggers Ribosome-associated Quality Control.2017

    • 著者名/発表者名
      Matsuo, Y., Ikeuchi, K., Saeki, Y., Iwasaki, S., Schmidt, C., Udagawa, T., Sato, F., Tsuchiya, H., Becker, T., Tanaka, K., Ingolia, NT., Beckmann, R. and *Inada, T.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 8 ページ: 159

    • DOI

      10.1038/s41467-017-00188-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] rucial role of ATP-bound Sse1 in Upf1-dependent degradation of the truncated product.2017

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama T, Nobuta R, Ando K, Matsuki Y, *Inada, T.
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun.

      巻: 488 ページ: 122-128

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2017.05.0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The ribosome as a platform for mRNA and nascent polypeptide quality control2017

    • 著者名/発表者名
      Inada, T.
    • 雑誌名

      Trends Biochem. Sci.

      巻: 42 ページ: 5-15

    • DOI

      10.1016/j.tibs.2016.09.005.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ilencing messages in a unique way2017

    • 著者名/発表者名
      Hiro-oki Iwakawa and Yukihide Tomari,
    • 雑誌名

      Nature Plants,

      巻: 3 ページ: 769-770

    • DOI

      10.1038/s41477-017-0028-2.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biochemical and single-molecule analyses of the RNA silencing suppressing activity of CrPV-1A2017

    • 著者名/発表者名
      Mariko Watanabe, Hiro-oki Iwakawa, Hisashi Tadakuma, *Yukihide Tomari
    • 雑誌名

      Nucleic acids research

      巻: 45 ページ: 10837 - 10844

    • DOI

      10.1093/nar/gkx748.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Requirement for eukaryotic translation initiation factors in cap-independent translation differs between bipartite genomic RNAs of red clover necrotic mosaic viru2017

    • 著者名/発表者名
      Yuri Tajima, Hiro-oki Iwakawa, Kiwamu Hyodo, Masanori Kaido, Kazuyuki Mise, and *Tetsuro Okuno.
    • 雑誌名

      Virology,

      巻: 509 ページ: 152-158

    • DOI

      10.1016/j.virol.2017.06.015.

    • 査読あり
  • [学会発表] 翻訳品質管理におけるリボソームユビキチン化の普遍的機能2018

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      ユビキチン研究会
  • [学会発表] 品質管理機構NGDにおけるリボソームユビキチン化の多段階機能2018

    • 著者名/発表者名
      池内 健
    • 学会等名
      ユビキチン研究会
  • [学会発表] A Novel Complex Targets Ubiquitinated Ribosome to Ribosome Quality Control2017

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      Protein quality control: Success and failure in health and disease
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism of biological control and information conversion by RNA2017

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      第69回日本細胞生物学会大会
  • [学会発表] Ubiquitination of uS10 by Hel2 and RQT complex triggers Ribosome-associated uality Control2017

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      Summer School Dynamics of Translation
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 翻訳停滞に起因するmRNA分子内切断NGDとタンパク質品質管理機構RQCの相関解析2017

    • 著者名/発表者名
      池内 健
    • 学会等名
      日本RNA学会年会
  • [学会発表] ナンセンス変異依存異常mRNA由来の短鎖型タンパク質分解促進機構の解析2017

    • 著者名/発表者名
      杉山 誉人
    • 学会等名
      日本RNA学会年会
  • [学会発表] リボソームユビキチンコードによる翻訳品質管理の分子機構2017

    • 著者名/発表者名
      稲田利文
    • 学会等名
      酵母遺伝学フォーラム第50回研究会報告会
  • [学会発表] 3’非翻訳領域(UTR)におけるnon-AUG dependent translationの解析2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 光紗希
    • 学会等名
      第56回日本薬学会東北支部大会
  • [学会発表] 翻訳停滞に起因するmRNA/タンパク質品質管理因子の神経細胞における生理的機能の解析2017

    • 著者名/発表者名
      奥山 卓
    • 学会等名
      第56回日本薬学会東北支部大会
  • [学会発表] フレームシフトによる異常ユビキチンの産生機構2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤 慎吉
    • 学会等名
      第56回日本薬学会東北支部大会
  • [学会発表] 神経特異的遺伝子抑制因子CoREST/HDAC1の3‘UTR IRES 活性の解析2017

    • 著者名/発表者名
      鳥海 靖人
    • 学会等名
      第56回日本薬学会東北支部大会
  • [学会発表] 品質管理因子RQT複合体の相互作用解析2017

    • 著者名/発表者名
      西尾 聡一郎
    • 学会等名
      第56回日本薬学会東北支部大会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-28  

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