RNAエピジェネティックスと高次生命現象

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26220205
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 勉 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20292782)
• 研究期間 (年度): 2014-05-30 – 2019-03-31
• キーワード: RNA修飾 / N4アセチルシチジン / rRNA / リボソーム

研究実績の概要

N4アセチルシチジン（ac4C）は真核生物、バクテリア、アーキアのすべての生物のrRNAやtRNAに見られるRNA修飾であり、リボソームの生合成や遺伝暗号の正確な解読に寄与することが知られている。私たちはバクテリアtRNAにac4Cを導入するTmcAを発見し、ac4C形成にはアセチルCoAとATPを基質にすることなどを見出している(EMBO J. 2008)。今年度、私たちは、18S rRNAの1773位にac4Cが存在することを見出した。またTmcAの酵母ホモログであるKRE33が、この位置のac4C修飾酵素であることを明らかにし、RRA1と命名した。RRA1は必須遺伝子であり、温度感受性変異株の解析から、RRA1はrRNA前駆体のプロセシングおよび40Sサブユニットの成熟に必須であることを明らかにした。また組換えRRA1を用い、アセチルCoAとATP存在下で、ac4C1773を再構成することに成功した。さらに、RRA1は核内アセチルCoAの濃度を感知することで18S rRNAのプロセシングを制御する可能性を示した（JBC, 2014a, JBC誌のBEST of 2014を受賞)。さらに、RRA1のヒトホモログであるNAT10が18S rRNAの1842位にac4Cを導入することを示し、NAT10はrRNAのプロセシングおよび40Sサブユニットの生合成に重要な役割を担っていることを明らかにした(JBCb, 2014)。

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

今年度は、18S rRNAに存在するac4Cの修飾酵素RRA1/NAT10を同定し、二報の論文として報告した。最初の論文はJBC誌におけるRNA部門のBEST of 2014を受賞しており、この研究テーマにおける主導権を得たと考えている。すでに複数のグループから共同研究の依頼が来ており、今後この研究が大きく展開する可能性を感じている。

今後の研究の推進方策

新規のRNA修飾構造を同定し、生合成機構と機能解析を行う。tRNA中に見出された新規RNA修飾を同定するために、往復循環クロマトグラフィー法によるtRNA の単離精製とRNA-MS およびNMRを用いた修飾構造の解析を行う。特に、バクテリアtRNAおよび葉緑体tRNAから見出された新規修飾体の構造解析および生合成機構の解析を行う。
呼吸鎖異常症の原因遺伝子であるMTO1とGTPBP1はミトコンドリアtRNAのタウリン修飾酵素であることが予想されている。MTO1変異を持った患者由来細胞およびMTO1ノックアウトマウス由来のES細胞、さらにはCRISPR/Cas9でGTPBP1をノックアウトした細胞から、ミトコンドリアtRNAを単離し、タウリン修飾の有無を調べる。また、組換えMTO1とGTPBP1を用いたタウリン修飾の再構成実験にも挑戦する。GTPBP1ノックアウト細胞の表現型を調べることで、タウリン修飾の欠損が及ぼすミトコンドリアの機能異常を生化学的に解析する。　また私たちは、非症候性X連鎖知的障害の原因遺伝子であるFTSJ1が tRNA のメチル化修飾酵素であることを突き止めているが、実際に、FTSJ1の欠損によりタンパク質合成の異常を引き起こす可能性について検証を行う。
RRA1/NAT10はヒストンやチューブリンなどタンパク質のリジン残基をアセチル化する酵素であると言われてきたが、昨年度、私たちはRRA1/NAT10が18S rRNAをアセチル化しN4アセチルシチジン(ac4C)を形成するRNA修飾酵素であることを報告した。さらに、RRA1/NAT10は18S rRNAのプロセシングに必須であり、核内アセチルCoAの濃度を検知してリボソームの生合成を調節する因子である可能性を示した。今年度はさらに、RRA1/NAT10がtRNAのac4C修飾形成に関わる可能性について探求する。また、ケミカルバイオロジー的な手法とRNA-seqを組み合わせた手法を開発し、mRNAやncRNA上のac4C修飾の探索を行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Iron-sulfur proteins responsible for RNA modifications (2015)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S. and Suzuki, T.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research 巻: 1853 ページ: 1272-1283
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2014.12.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Defining fundamental steps in the assembly of Drosophila RNAi enzyme complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki, S., Sasaki, H. M., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Tadakuma, H. and Tomari, Y.
  • 雑誌名: Nature 巻: 521 ページ: 533-536
  • DOI: 10.1038/nature14254
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rectifier of aberrant mRNA splicing recovers tRNA modification in familial dysautonomia (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, M., Kataoka, N., Miyauchi, K., Ohe, K., Iida, K., Yoshida, S., Nojima, T., Okuno, Y., Onogi, H., Usui, T., Takeuchi, A., Hosoya, T., Suzuki, T. and Hagiwara, M.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 112 ページ: 2764-2769
  • DOI: 10.1073/pnas.1415525112
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cdk5rap1-mediated 2-methylthio modification of mitochondrial tRNAs governs precise mitochondrial protein translation and contributes to myopathy in mice and humans (2015)
  • 著者名/発表者名: Wei, F., Zhou, B., Suzuki, T., Miyata, K., Ujihara, Y., Takahashi, N., Xie, P., Michiue, H., Fujimura, A., Kaitsuka, T., Matsui, H., Koga, Y., Mohri, S., Suzuki, T., Oike, Y. and Tomizawa, K.
  • 雑誌名: Cell Metabolism 巻: 21 ページ: 428-442
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2015.01.019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A complete landscape of post-transcriptional modifications in mammalian mitochondrial tRNAs (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 42 ページ: 7346-7357
  • DOI: 10.1093/nar/gku390
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of the β-barrel-type RNA methyltransferase responsible for N6-methylation of N6-threonylcarbamoyladenosine in tRNAs (2014)
  • 著者名/発表者名: Kimura, S., Miyauchi, K., Ikeuchi, Y., Thiaville, P.C., de Crecy-Lagard, and Suzuki, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 42 ページ: 9350-9365
  • DOI: 10.1093/nar/gku618
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A single acetylation of 18S rRNA is essential for biogenesis of the small ribosomal subunit in Saccharomyces cerevisiae (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Akamatsu, Y., Noma, A., Kimura, S., Miyauchi, K., Ikeuchi, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 26201-26212
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.593996
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Human NAT10 is an ATP-dependent RNA acetyltransferase responsible for N4-acetylcytidine formation in 18S rRNA (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., Horikawa, S., Suzuki, T., Kawauchi, H., Tanaka, Y., Suzuki, T. and Suzuki, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 35724-35730
  • DOI: 10.1074/jbc.C114.602698
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 5-Hydroxymethylcytosine Plays a Critical Role in Glioblastomagenesis by Recruiting the CHTOP-Methylosome Complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Takai, H., Masuda, K., Sato, T., Sakaguchi, Y., Suzuki, T., Suzuki, T., Koyama-Nasu, R., Nasu-Nishimura, Y., Katou, Y., Ogawa, H., Morishita, Y., Kozuka-Hata, H., Oyama, M., Todo, T., Ino, Y., Mukasa, A., Saito, N., Toyoshima, C., Shirahige, K. and Akiyama, T.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 9 ページ: 48-60
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.08.071
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Convergent evolution of AUA decoding in bacteria and archaea (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T. and Numata, T.
  • 雑誌名: RNA Biology 巻: 11 ページ: 1586-1596
  • DOI: 10.4161/15476286.2014.992281
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Essential RNA acetyltransferase required for ribosome biogenesis and tRNA modification (2015)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: GRC on RNA editing and modification
  • 発表場所: Lucca, Italy
  • 年月日: 2015-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] RNA修飾の多彩な機能と疾患 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉
  • 学会等名: 埼玉医科大学ゲノム医学研究センター学術集会
  • 発表場所: 埼玉医科大学ゲノム医学研究センター、埼玉県日高市
  • 年月日: 2015-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Mitochondrial diseases caused by deficient tRNA modifications (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: AussieMit2014
  • 発表場所: Perth, Australia
  • 年月日: 2014-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] A single acetylation of 18S rRNA regulates ribosome biogenesis by sensing cellular energy status (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: Joint Australia and Japan RNA meeting (JAJRNA2014)
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2014-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] Biogenesis and function of cyclic t6A and derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: 25th tRNA conference
  • 発表場所: Kyllini, Greece
  • 年月日: 2014-09-22
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトはなぜ病気になるのでしょう？～病気の原因を分子レベルで探る～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉
  • 学会等名: 高校生のためのオープンキャンパス2014
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス、東京
  • 年月日: 2014-08-06
  • 招待講演
• [図書] RNAの修飾欠損と疾患/ファルマシア (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉、浅野 奏、鈴木健夫
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 公益社団法人 日本薬学会