【研究領域課題番号】20H03180 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボソーム / tRNA分子擬態タンパク質 / タンパク質合成 / 翻訳終結 / 品質管理 / 分子遺伝学 / キーワード / リボソーム再生

【研究成果の概要】

本年度、分子遺伝学手法の特性などを考慮し計４年間で実施する研究の第二年度として、計画【1】の分子遺伝学的解析のパイロット実験から更に進んだ候補因子の同定に成功した。また、計画【2】の実践投入の予備的実験を踏まえた実験計画を継続して行なった。
【１】翻訳終結状態を識別する分子機構の分子遺伝学解析。
分子遺伝学的手法（forward/reverse genetics法）で、tRNA擬態蛋白質が関わる翻訳終結機構・蛋白質合成品質管理機構をモニターするアッセイ株の構築を行い、関連する新規因子およびその機能部位探索を実施した。得られた因子の既知因子（ASC1, S20等）については、Hel2相互作用ドメインの解明とその機能モデルを構築することができた（現在論文投稿中）。一方、新規な因子も同定され、その変異体がクラスターする領域を同定しつつある。
【２】 mRNA上の翻訳終結のための因子群の動態を可視化する新規手法開発
本研究計画では、正常・異常翻訳終結にかかわる因子群にRNA編集酵素を融合した因子を細胞内に導入することで、mRNA遺伝暗号読み枠上のどのような領域（配列コンテキストや、5’CAP-mRNA-polyA tail構造上の相対位置）でリボソームにアクセスするかを細胞全体のトランスクリプトーム上にマップすることができる。本年度は、昨年度につづき、目的タンパク質を用いたmRNA-seq解析に必要な遺伝子コンストラクト、発現系の構築を引続き進め、NGSによる解析のためのサンプル調整を試行錯誤した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究領域課題番号】19K06481 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボソーム / ユビキチン化 / 品質管理 / 翻訳

【研究成果の概要】

本研究では、異常な翻訳停滞を識別する分子機構、ならびにその後の終止コドン非依存型サブユニット解離機構の解明を目指して研究を進めてきた。
その結果、翻訳停滞からユビキチン化を介したサブユニット解離までの多段階反応を試験管内で再現することに成功した。得られた結果では、翻訳停滞によって衝突したリボソーム特異的にuS10のユビキチン化が観察され、さらに、ユビキチン化されたTrisome 構造体(3つのリボソームからなる構造体)が、RQT複合体の作用によって特異的にサブユニット解離することが明らかになった。

【研究の社会的意義】

タンパク質の合成途中のエラーによる翻訳停止はタンパク質の機能の重大な欠陥を引き起こし、タンパク質の恒常性の破綻につながります。タンパク質の恒常性の破綻は、更に不良なタンパク質の蓄積やオルガネラの損傷、シグナル伝達経路の撹乱など、広範な細胞機能の障害を引き起こすため、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患の原因になると考えられています。本研究では、細胞の持つ品質管理の仕組みを分子レベルで解明しました。本成果は、神経変性疾患の原因となる異常タンパク質の合成を効率的に抑制する治療薬の開発に貢献する事が期待されます。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究領域課題番号】18H03977 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

翻訳品質管理 / リボソーム動態 / ユビキチン化 / リボソーム品質管理 / ストレス応答 / クライオ電子顕微鏡 / リボソーム / E3ライゲース / クライオ 電子顕微鏡 / 品質管理 / 翻訳阻害 / クライオ電子顕微 / 異常翻訳停滞 / サブユニット解離 / プロテアソーム / 翻訳制御 / リボソーム修飾 / タンパク質分解 / リボソーム動体 / ユビキチン化制御 / 異常タンパク質分解 / 異常mRNA分解

【研究成果の概要】

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹であり、その破綻や異常は様々な疾患の原因となる。正確なタンパク質合成を保証するため、細胞は異常な翻訳伸長阻害を認識し排除する品質管理機構RQCを保持している。リボソームは、タンパク質の誕生からフォールディングを含む成熟化過程で極めて重要なハブとして機能するため、品質管理機構18S NRDによって品質が管理されている。研究代表者は、異常翻訳に起因する２つの品質管理機構であるRQCと18S NRDに共通する分子機構を解析し、E3ユビキチンライゲースが、特異的な翻訳停止状態のリボソームの認識機構とユビキチン化によるリボソーム動態制御の分子基盤を解明した。

【研究の社会的意義】

研究代表者は、翻訳品質管理に加えmRNA安定性制御やストレス応答時における特異的リボソームユビキチン化による発現制御機構を世界に先駆けて報告し、生理機能を解析している。翻訳正確性維持機構は生命現象の基盤であり、特異的修飾によるリボソーム動態制御機構の解明は、タンパク質恒常性の維持に非常に重要であることが明確になった。正確な遺伝子発現は生命現象の根幹であり、その破綻や異常は様々な疾患の原因となる。従って本研究におけるリボソーム修飾による動態制御と発現制御機構の解明は、様々なタンパク質恒常性の異常に起因する神経変性疾患について発症の理解と創薬のの分子基盤になることは間違いないと考える。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】16K18486 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボソーム / 品質管理 / 新生鎖 / mRNA / 新生ペプチド鎖

【研究成果の概要】

mRNA上に連続したレアコドンや連続した塩基性アミノ酸配列などが出現するとリボソームによる翻訳伸長反応が停滞する。細胞はこの翻訳停滞を異常な翻訳と認識し、その異常mRNAに由来する新生ペプチド鎖の特異的分解機構(RQC; Ribosome associated quality conyrol)を誘導する。新生ペプチド鎖の分解機構であるRQC機構は、E3ユビキチンライゲースであるRqt1に依存しており、リボソームタンパク質であるS20の特異的ユビキチン化によって誘導される。本課題では、ユビキチン結合タンパク質を含む新規複合体(RQT複合体)の機能解析を行った。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】16H04760 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボソーム / 翻訳制御 / 品質管理 / 遺伝暗号 / 分子擬態 / tRNA分子擬態 / 翻訳終結

【研究成果の概要】

タンパク質合成におけるmRNA遺伝暗号解読には、センスコドンに対するアダプター分子である核酸分子tRNAに加え、翻訳終結コドンの解読や、異常mRNA翻訳中に停滞したリボソームの救済に関わるtRNA擬態タンパク質群が存在している。本研究では、真核細胞とバクテリア双方のtRNA擬態タンパク質の比較解析も平行して行い、真核細胞におけるmRNAシステムにおける、tRNAと協調して機能する伸長因子EF1AのホモログでもあるGTP結合タンパク質Ski7の機能性を実証するとともに、真核生物ではこれまで報告されていなかった解離因子(eRF1/eRF3)が関わるリボソーム救済機構を見いだす事に成功した。

【研究の社会的意義】

mRNAからのタンパク質合成の高次機能発現制御機構の解明は、生命に普遍的な分子機構の理解のみならず、新規機能性タンパク質の人工合成方法の開発や癌をはじめとする多くの遺伝疾患の発症機構の解明や創薬・治療方法の開発に必須な知見となる。本研究成果は、細胞内におけるタンパク質合成におけるリボソームの翻訳反応に関わりその高次機能発現への拡張を可能にするtRNA擬態タンパク質による高次機能発現機構の分子メカニズムの解明により、その医工学的応用研究への手がかりを与えた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】26840002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボソーム / 品質管理 / 新生鎖 / ribosome / nascent peptide / quality control

【研究成果の概要】

細胞内では遺伝子発現の各過程における誤りや外界からのストレスによって様々な異常mRNAや異常タンパク質が合成される。mRNAとタンパク質の品質管理機構は、この様な異常産物を認識し排除することで正確な遺伝子発現を維持している。mRNA上に連続したレアコドンや連続した塩基性アミノ酸配列などが出現するとリボソームによる翻訳伸長反応が停滞する。細胞はこの翻訳停滞を異常な翻訳と認識し、翻訳中の異常mRNAの分子内切断とその異常mRNAに由来する新生ペプチド鎖の特異的分解機構を誘導する。本研究課題では、これら品質管理機構に関与する新たな因子の同定に成功した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】26291002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子発現の品質管理 / ナンセンス変異依存分解系 / Upf1 / Sse1 / Hsp70 / ユビキチン化 / プロテアソーム / 品質管理 / ナンセンス変異依存分解 / Upf / ユビキチン / 翻訳アレスト / シャペロン / リボソーム / ノンストップmRNA / 翻訳伸長阻害 / mRNA分解

【研究成果の概要】

正確な遺伝子発現は生命現象の根幹であり、その破綻や異常は様々な疾患の原因となる。本研究課題では、最も初期のタンパク質品質管理機構である異常mRNA由来の遺伝子産物の分解機構（NMPD）を解析した。その結果、Hsp70のADP/ATPの交換因子であるSse1がUpf1による短鎖型異常タンパク質の分解促進に必要であり、Sse1とHsp70との相互作用がNMPDに必須であることを見出した。本研究により、ナンセンス変異を持った異常mRNA由来の短鎖型タンパク質分解であるNMPDの分子機構の理解が進んだ。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】22370062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

mRNA 品質管理 / 翻訳アレスト / 新生ポリペプチド鎖 / mRNA 分子内切断 / ユ ビキチン化 / プロテアソーム / リボソーム / リボソーム解離因子 / mRNA品質管理 / 異常RNA分解 / 異常タンパク質分解 / ユビキチン化 / RNA / 翻訳 / 品質管理 / タンパク質分解

【研究成果の概要】

新生ポリペプチド鎖依存の翻訳アレストに必須な因子として、RACK1を同定し、RACK1の40Sリボソームへの結合が翻訳アレストに重要性であることを示した。RACK1は、60Sリボソーマルサブユニットと結合するE3ユビキチンライゲースLtn1依存の新生ポリペプチド鎖の分解にもRACK1が必須である事を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】19370075 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子発現 / 品質管理 / 異常mRNA / 異常翻訳 / プロテアソーム / リボソーム / 新生ポリペプチド鎖 / 翻訳アレスト / RNA / 翻訳伸長阻 / RMA品質管理 / タンパク質分解 / mRNA分解 / 翻訳

【研究成果の概要】

我々は、代表的な異常mRNAであるノンストップ(終止コドンを持たない)mRNAにおける翻訳抑制と異常タンパク質分解機構について解析を行い、ポリ(A)鎖の翻訳自体が、多段階での発現抑制機構を作動させ、品質管理機構において必須な役割を果たすことを初めて明確に示した。翻訳アレストを引き起こすアミノ酸配列の特異性について解析を行った結果、塩基性新生ポリペプチド鎖の持つ正の電荷とリボソームトンネルを形成するリボソーマルRNAの負の電荷の間の静電的相互作用による翻訳抑制機構が示唆された。さらに、連続した塩基性アミノ酸配列に依存する翻訳アレストは、1)合成途中のポリペプチド鎖のプロテアソームによる迅速な分解と、2)mRNAの分子内切断を引き起こすことも明らかにしている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)