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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Analysis of non-domain type RNA sequences in the mRNA untranslated region

Planned Research

Project AreaBiology of Non-domain Biopolymer
Project/Area Number 21H05277
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

稲田 利文  東京大学, 医科学研究所, 教授 (40242812)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 今高 寛晃  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50201942)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywords非典型翻訳 / dORF / 非ドメイン型RNA配列 / 試験管内翻訳再構成系 / 品質管理機構
Outline of Annual Research Achievements

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹である。稲田は、翻訳の正確性を保証する品質管理機構RQC(Ribosome-associated Quality Control)の分子機構を解明し、タンパク質恒常性維持における機能を明確にした。真核生物の普遍的な修飾であるポリ(A)鎖が翻訳された場合の異常について解析し、異常翻訳の実体が衝突リボソームであることを遺伝学的・生化学的・構造学生的解析から明確にした。mRNAで3‘非翻訳領域mRNAの3‘非翻訳領域は、生物学的に重要な役割を果たしているにも関わらず、種間で広く保存された機能ドメインをほとんど持たない未開拓の領域である。代表者の稲田は、dORFの翻訳開始機構を解析し、翻訳開始因子eIF4Gが直接dORFを規定する配列に結合して翻訳を誘導することを見いだした。哺乳細胞の翻訳系の試験管内完全再構成を確立した分担者の今高と共同で翻訳開始機構を解析し、翻訳開始因子eIF4Gが直接dORFを規定する配列に結合して翻訳を誘導することを見いだした (NAR 2020:32941651) 。本計画研究ではdORFの翻訳に必須な非ドメイン型RNA配列の網羅的同定と機能解析を目的とし、領域の目的の達成に貢献する。当該年度には、①細胞と試験管内翻訳反応を用いて、eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進めた。ストレス条件下等のCap依存の翻訳が低下した条件での非定型翻訳を同定し、哺乳類翻訳開始完全再構成を用いて分子機構を解明した(稲田・今高)。領域内連携として中川が、dORFのタグ付加したマウスを作製し発現解析を行った(中川・稲田)。また②mRNAによらない非典型翻訳システムの分子機構について、翻訳品質管理RQC経路の1つであるCAT-tailingを中心に分子機構の解明を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

非ドメイン型RNA配列の網羅的同定と機能解析を行い、以下の研究成果を得た。
①翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能解析:細胞と試験管内翻訳反応を用いて、eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進めた。ストレス条件下等のCap依存の翻訳が低下した条件での非定型翻訳を同定し、哺乳類翻訳開始完全再構成を用いて分子機構を解明した(稲田・今高)。領域内連携として中川が、dORFへタグを付加したマウスを作製し組織サンプルを用いたウエスタン解析を行ったが、発現は未確認である(中川・稲田)。
②非典型翻訳系であるmRNAによらない翻訳システムの分子機構:RQC経路の最終段階で異常タンパク質にCATテールと呼ばれるタグ配列が付加される分子機構を出芽酵母の系を用いて解析した。eIF5Aの新規機能を明らかにした(Petr, Ebine et al., Mol Cell 2023)。またCATテール付加反応の前提となる品質管理についても分子機構の理解が進んだ。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究の推進方策は以下である。①翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能解析:eIF4Gによる翻訳開始活性を担う非ドメイン型RNAの構造機能相関解析を進める。ストレス条件下等のCap依存の翻訳が低下した条件での非定型翻訳を同定し、哺乳類翻訳開始完全再構成で開始の詳細を解析する(稲田・今高)。中川が、dORFへタグを付加したマウスを用いて翻訳産物の同定を試みる(中川・稲田)。② mRNAによらない非典型翻訳システムの分子機構:哺乳類細胞におけるCATテール付加反応を解析する系の構築が完了した。tRNAの特異性を決定する分子機構を解明する。また、CATテールが付加された異常タンパク質の運命(分解か凝集)を決定する非ドメイン配列を明らかにする。さらに、疾患の原因となるCATテールの異常の分子実体を解明する(稲田)。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (2 results) Remarks (5 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Munich(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      University of Munich
  • [Journal Article] Structural basis for clearing of ribosome collisions by the RQT complex2023

    • Author(s)
      Best Katharina、Ikeuchi Ken、Kater Lukas、Best Daniel、Musial Joanna、Matsuo Yoshitaka、Berninghausen Otto、Becker Thomas、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36230-8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Molecular basis of eIF5A-dependent CAT tailing in eukaryotic ribosome-associated quality control2023

    • Author(s)
      Tesina Petr、Ebine Shuhei、Buschauer Robert、Thoms Matthias、Matsuo Yoshitaka、Inada Toshifumi、Beckmann Roland
    • Journal Title

      Molecular Cell

      Volume: 83 Pages: 607~621.e4

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2023.01.020

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Decoding of the ubiquitin code for clearance of colliding ribosomes by the RQT complex2023

    • Author(s)
      Matsuo Yoshitaka、Uchihashi Takayuki、Inada Toshifumi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35608-4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Two modes of Cue2-mediated mRNA cleavage with distinct substrate recognition initiate no-go decay2022

    • Author(s)
      Tomomatsu Shota、Watanabe Atsuya、Tesina Petr、Hashimoto Satoshi、Ikeuchi Ken、Li Sihan、Matsuo Yoshitaka、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • Journal Title

      Nucleic Acids Research

      Volume: 51 Pages: 253~270

    • DOI

      10.1093/nar/gkac1172

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A distinct mammalian disome collision interface harbors K63-linked polyubiquitination of uS10 to trigger hRQT-mediated subunit dissociation2022

    • Author(s)
      Narita Momoko、Denk Timo、Matsuo Yoshitaka、Sugiyama Takato、Kikuguchi Chisato、Ito Sota、Sato Nichika、Suzuki Toru、Hashimoto Satoshi,Machova Iva, Tesina Petr、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41467-022-34097-9

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sensing of individual stalled 80S ribosomes by Fap1 for nonfunctional rRNA turnover2022

    • Author(s)
      Li Sihan、Ikeuchi Ken、Kato Misaki、Buschauer Robert、Sugiyama Takato、Adachi Shungo、Kusano Hideo、Natsume Tohru、Berninghausen Otto、Matsuo Yoshitaka、Becker Thomas、Beckmann Roland、Inada Toshifumi
    • Journal Title

      Molecular Cell

      Volume: 82 Pages: 3424~3437.e8

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2022.08.018

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Elucidation of the regulatory mechanism of RQC by deubiquitination2022

    • Author(s)
      友松翔太
    • Organizer
      RNA frontier meeting 2022
  • [Presentation] リボソームタンパク質RPL26 のUFMylation によるRQC の制御機構の解析2022

    • Author(s)
      伊藤壮太
    • Organizer
      RNA frontier meeting 2022
  • [Remarks] 異常翻訳の実体である衝突リボソームの解消機構

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00220.html

  • [Remarks] 非典型翻訳反応における翻訳因子eIF5Aの機能の解明

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00218.html

  • [Remarks] リボソームの異常な交通渋滞を選別するしくみを解明

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00211.html

  • [Remarks] 機能欠損リボソームを異常として認識・排除する仕組み

    • URL

      http://www.inada-lab.ims.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/2022/09/press-release-Li-et-al-2022-Mol-Cell.pdf

  • [Remarks] 哺乳類においてリボソームの衝突に対処する仕組み

    • URL

      https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/about/press/page_00202.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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