リボソームによるmRNA切断:分子機構と生理的意義

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16657050
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 饗場 弘二 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20025662)
• キーワード: tmRNA / トランス翻訳 / mRNA切断 / nonstop mRNA / リボソーム / 翻訳サーベイランス / リボソームの停滞 / 新生ポリペプチド

研究概要

バクテリアのtmRNAはtRNAとmRNAの両方の機能を持つユニークな低分子RNAで、トランス翻訳において中心的な役割を果たしている。トランス翻訳モデルは、モデル遺伝子の解析から提唱され、その機構のユニークさから多くの注目を浴びている。
本研究では、モデル遺伝子を用いた解析より、終止コドンがトランス翻駅の新たな標的であること、この終止コドンにおけるトランス翻訳機構の解析を行なった結果、新生ポリペプチド鎖のC末端アミノ酸配列が決定因子であること、C末端アミノ酸配列はRFによる翻訳終結反応を阻害していること、終止コドンの種類に依存しないことなどを明らかにした。さらに解析を進めた結果、終止コドンにおけるトランス翻訳は、終止コドンの位置でリボソームが停滞した結果、mRNAの切断が起こり、nonstop mRNAの3'末端が産生されたためであることを明らかにした。翻訳伸長中においてリボソームが停滞した場合にもmRNAの切断とトランス翻訳が起こることから、リボソームの停滞は、一般にmRNAの切断とトランス翻訳を引き起こすと結論付けた。
これらの一連の解析から、細胞にはリボソームの停滞を指標に、mRNAの異常と翻訳異常を察知し、mRNA切断とトランス翻訳を作動させ、mRNAと不完全タンパク質の速やかな除去とリボソームの再生を促す積極的な『翻訳サーベイランス機構』が備わっていると結論付けた。本研究結果は『翻訳サーベイランス機構』を利用した遺伝子発現制御機構や、真核生物における『翻訳サーベイランス機構』の探索などにもつながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Implication of membrane localization of target mRNA in the action of a small RNA : mechanism of post-transcriptional regulation of glucose transporter in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto, H., Morita.T., Shimizu, A., Inada, T., Aiba, H.
  • 雑誌名: Genes Dev. 19 ページ: 328-338
• [雑誌論文] Metabolic block at early stages of glycolytic pathway activates the Rcs phosphorelay system via increased synthesis of dTDP-glucose in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: El-Kazzaz, W., Morita, T., Tanaka, Y., Inada, T., Aiba, H.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 51 ページ: 1117-1128
• [雑誌論文] Nascent peptide-mediated ribosome stalling at a stop codon induces mRNA cleavage resulting in nonstop mRNA that is recognized by tmRNA. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sunohara, T., Jojima, K., Yamamoto, Y., Inada, T., Aiba, H.
  • 雑誌名: RNA 10 ページ: 378-386
• [雑誌論文] Ribosome stalling during translation elongation induces cleavage of mRNA being translated in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sunohara, T., Jojima, K., Tagami, H., Inada, T., Aiba, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 15368-15375
• [雑誌論文] Membrane localization itself but not binding to IICB^<Gle> is directly responsible for the inactivation of the global repressor Mlc in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Y., Itoh, F., Kimata, K., Aiba, H.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 53 ページ: 941-951
• [雑誌論文] Enolase in the RNA degradosome plays a crucial role in the rapid decay of glucose transporter mRNA in the response to phosphosugar stress in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Morita, T., Kawamoto, H., Mizota, T., Inada, T., Aiba, H.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 54 ページ: 1063-1075