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2019 年度 実績報告書

複合体間の動的な相互作用による翻訳制御の構造基盤

研究課題

研究課題/領域番号 19H03172
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

伊藤 拓宏  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (70401164)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード生体分子 / 電子顕微鏡 / 翻訳 / 翻訳開始因子 / リボソーム
研究実績の概要

【1】ISR制御機構については、eIF2-eIF2B GEF活性型複合体とeIF2-P-eIF2B GEF不活性型複合体の2つの構造についてクライオ電子顕微鏡解析とX線結晶構造解析を併用し立体構造を決定した。eIF2-eIF2B GEF活性型複合体では、eIF2Bの活性を担うHEATドメインがeIF2γに結合しており、eIF2BによるGDP/GTP変換反応が行われている構造が捉えられた。一方、eIF2-P-eIF2B GEF不活性型複合体では、HEATドメインは特定の位置に固定された状態として観察されず、活性化反応が阻害されている状態が捉えられた。このときeIF2γは、eIF2Bとは強く結合しておらず、代わりにリン酸化eIF2αがeIF2Bの主要な結合領域となっていた。リン酸化eIF2が一つでもeIF2Bに結合すると、その反対側でのeIF2Bの非リン酸化eIF2との相互作用領域まで覆ってしまうため、リン酸化eIF2はリン酸化されたeIF2自体の活性化を防ぐだけでなく、他のeIF2の活性化をも防ぐ機構となっていることが明らかになった。本研究によりISR制御機構の原子レベルでの理解が格段に進んだ。これらの結果についてScience誌に発表した。
【2】NMD発動機構については、PTC認識リボソームを模したリボソームについて、試験管内翻訳系を用いて準備を進めた。ペプチド終結反応が起こらない変異型eRF1を用いて終結直前の状態で停止したリボソームを調製する方法について、調整方法を検討した。SMG1複合体とUpf複合体、EJC-mRNA複合体については安定して調整する方法を確立した。これらを混合してcryo-EMでの測定を目指したが、解析に適切な像を得るには至っていない。

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

ISR制御機構については、期待していた結果が得られており、さらに詳細な解析へと進むことができている。NMD発動機構については、試料の調製が順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

【1】ISR制御機構については、ISRを抑えることにより、神経変性疾患を抑える機能が知られている医薬性小分子ISRIBの活性発現機構を明らかにすることを目指す。そのために、eIF2B単体とeIF2-P-eIF2B GEF不活性型複合体の2つの構造について、より良い分解能のデータを得られる条件を探索し、3Å程度の高分解能の立体構造を決定することを目指す。さらには変異体を用いた生化学的・物理化学的解析を行い、ISRIBの作用機序の原子レベルでの理解を目指す。
【2】NMD発動機構については、まず、PTC認識リボソームを模したリボソームについて、試験管内翻訳系を用いて準備する。ペプチド終結反応が起こらない変異型eRF1を用いて終結直前の状態で停止したリボソームを調製する方法を確立させ、DECID超複合体の調製の土台とする。そして、SMG1複合体とUpf複合体、EJC-mRNA複合体と混合し、DECID超複合体の再構成を目指す。DECIDの形成がcryo-EMでの測定に耐えるほど安定ではない時には、クロスリンクを導入して十分に安定なDECIDを調製することを目指す。また同時にリボソーム複合体を含まないDECID超複合体や、SURF複合体についても、同様の手法でcryo-EMに適切な試料調製方法を探索する。cryo-EMでの測定に適したグリッドが作成できれば、定法に従って測定から解析へと進める。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Boston Univeristy(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Boston Univeristy
  • [国際共同研究] University of Cambridge(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Cambridge
  • [雑誌論文] eIF2B and the Integrated Stress Response: A Structural and Mechanistic View2020

    • 著者名/発表者名
      Marintchev Assen、Ito Takuhiro
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 59 ページ: 1299~1308

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.0c00132

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] HCV IRES Captures an Actively Translating 80S Ribosome2019

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama Takeshi、Machida Kodai、Iwasaki Wakana、Shigeta Tomoaki、Nishimoto Madoka、Takahashi Mari、Sakamoto Ayako、Yonemochi Mayumi、Harada Yoshie、Shigematsu Hideki、Shirouzu Mikako、Tadakuma Hisashi、Imataka Hiroaki、Ito Takuhiro
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 74 ページ: 1205~1214

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2019.04.022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural basis for eIF2B inhibition in integrated stress response2019

    • 著者名/発表者名
      Kashiwagi Kazuhiro、Yokoyama Takeshi、Nishimoto Madoka、Takahashi Mari、Sakamoto Ayako、Yonemochi Mayumi、Shirouzu Mikako、Ito Takuhiro
    • 雑誌名

      Science

      巻: 364 ページ: 495~499

    • DOI

      10.1126/science.aaw4104

    • 査読あり
  • [学会発表] eIF2 のリン酸化による eIF2B 活性の阻害機構2019

    • 著者名/発表者名
      柏木一宏
    • 学会等名
      第21回日本RNA学会年会
  • [学会発表] Structural basis of eIF2B regulation by eIF2 phosphorylation2019

    • 著者名/発表者名
      Kashiwagi Kazuhiro
    • 学会等名
      EMBO Workshop, Protein Synthesis and Translational Control
    • 国際学会
  • [学会発表] HCV IRES captures an actively translating 80S ribosome to hijack the host translational machinery2019

    • 著者名/発表者名
      Ito Takuhiro
    • 学会等名
      EMBO Workshop, Protein Synthesis and Translational Control
    • 国際学会
  • [学会発表] eIF2のリン酸化によるeIF2BのGEF活性制御の構造基盤2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤拓宏
    • 学会等名
      第42回日本分子生物学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 翻訳の構造生物学~cryo-EMによる単粒子解析およびX線結晶構造解析、FMO法による解析例~2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤拓宏
    • 学会等名
      CBI学会第411回講演会
    • 招待講演
  • [備考] 翻訳構造解析研究チーム

    • URL

      https://www.bdr.riken.jp/jp/research/labs/ito-t/index.html

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公開日: 2021-01-27  

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