【研究領域課題番号】18K18145 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

２次構造 / RNA / 点突然変異 / 原核生物 / 翻訳 / RNA2次構造 / 遺伝子発現 / 比較ゲノム / 配列設計 / 2次構造

【研究成果の概要】

大腸菌のmRNA配列とタンパク質発現量に関する大規模データを分析し、タンパク質発現量と高い相関を示すmRNAの２次構造的特徴を抽出した。この特徴は最小自由エネルギーなどの既存の２次構造的特徴よりも高い相関を持つことを示した。さらに、この特徴を改良するとともに、これを学習するアルゴリズムを開発した。また、発見した特徴に基づきタンパク質発現量を正または負に制御する突然変異をデザインするアルゴリズムを開発した。

【研究の社会的意義】

遺伝子発現を人為的に制御する技術の開発は、学術的にも産業的にも重要である。本研究では、近年技術発展が著しいゲノムへの点突然変異を利用して、原核生物の遺伝子発現をプラスミド非依存的に制御する新しい情報技術を開発した。最近、大腸菌などの原核生物では開始コドン付近のmRNA 2次構造と、遺伝子の翻訳効率が強く関連することが示された。そこで、開始コドン付近の2次構造変化を引き起こすことで、翻訳効率を正あるいは負に制御できる点突然変異をデザインするアルゴリズムを開発した。この点突然変異による遺伝子制御は、面倒なゲノム改変や、外来性の発現調節因子なしで内在性遺伝子を個別に制御できるというメリットがある。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)

【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】25660210 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

代謝・内分泌制御 / インスリン受容体基質 / RNA / 翻訳 / リボソーム合成 / スプライシング / ＲＮＡ

【研究成果の概要】

インスリン様成長因子（IGF）／インスリン（INS）の シグナル伝達に重要な受容体チロシンキナーゼ基質の一つ、インスリン受容体基質（IRS）-1 が、RNA 代謝に関与する多数のタンパク質と複合体を形成しており、同時に、この複合体にはRNA が含まれることを発見した。IRS-1と相互作用するRNAを同定し、その機能を検討した結果、IRS-1は、翻訳マシナリーの足場として機能する、リボソーム生合成のマシナリーの成熟を促進する、スプライシングや翻訳を制御しているなど、これまでに報告のない機構でIGF/INS活性を調節している可能性が示された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】分子生物学

【研究領域課題番号】25291007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

翻訳制御 / microRNA / RNA結合タンパク質 / 翻訳 / RNA

【研究成果の概要】

翻訳開始段階を標的とし、翻訳を負に調節するmiRNAマシナリーの分子機構を生化学的手法で解析した。その結果、miRNAによる翻訳抑制機構がpoly(A)の短鎖化に依存しないことを2012年にPNAS誌上で発表した。次にmRNA pull-down法によりRNA-induced silencing complex(RISC)が形成されたmRNA上の翻訳因子の変化を詳細に調べた。その結果、miRNA機構がeIF4Aを標的として、翻訳開始を制御することを発見し、さらにHuDがmiRNAによる翻訳抑制を阻害することもつきとめ2014年にMolecular Cell誌上で発表した

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【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】生体関連化学

【研究領域課題番号】20550148 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / GFP / PCR / キャピラリー電気泳動 / タンパク質 / プロテオミクス / 翻訳 / 遺伝情報発見 / 蛍光蛋白質 / プライマー / 分子システム / 増幅反応 / 論理ゲート / 論理判断 / RNA / アミノ酸 / 蛋白質 / 転写 / 遺伝子 / 遺伝子工学 / マイクロ流体チップ / 蛍光イメージング / キャピラリ-電気泳動

【研究成果の概要】

酵素的なDNA 増幅反応と,増幅されたDNAをオンチップ電気泳動で分離する手段を組み合わせることにより,遺伝情報の発現に必要な配列をコードしたDNAの組換え,組み替えられた目的DNAの選別,DNAからmRNAへの転写,mRNAからタンパク質への翻訳,翻訳されたタンパク質の検出までの一連の流れを,細胞の助けを借りることなく達成する手法を開発した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【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)

【研究分野】生物系薬学

【研究領域課題番号】18790080 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

翻訳 / RNA

【研究成果の概要】

終止コドンを欠失した異常なメッセンジャーRNA(mRNA)であるノンストップmRNAの哺乳動物細胞における細胞内運命について調べた。その結果,ノンストップmRNAの翻訳が強く抑制されていることを見出した。さらに,翻訳反応のいずれの段階でノンストップmRNAの翻訳反応が阻害されているかを解析した結果,翻訳開始反応は起きているが,翻訳開始反応後にノンストップmRNAの翻訳が抑制されていることを見出した。次に,ノンストップmRNAの翻訳の伸長反応が阻害されているか否かについてin vitro run-off assay系で調べた結果,翻訳伸長反応の阻害が検出され,伸長反応の阻害が翻訳抑制の原因であると分かった。さらに,ノンストップmRNAのポリA尾部にリボソームが停滞していることを見出した。この結果は,ポリAでのリボソームの停滞が翻訳抑制の引き金となっていることを示唆している。以上の結果から,ノンストップmRNAの3'側ポリ(A)中でのリボソームの停止が翻訳停止の引き金となり,未同定のフィードバック機構で上流のリボソームの脱離が促進されているというモデルを提唱した。
さらに,翻訳抑制のメカニズムを詳細に調べた。その結果,ポリAを翻訳してリジンアミノ酸が連続して翻訳産生されるとリボソーム上の翻訳が強く抑制されることを見出した。この翻訳抑制は,アルギニンでも起きたことから,リジンやアルギニンといった塩基性アミノ酸が連続すると翻訳が抑制される機構を細胞が有していることが分かった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】生物分子科学

【研究領域課題番号】16101007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リボザイム / RNA 触媒 / 分子進化 / 特殊ペプチド / RNA触媒 / RNA / RNAワールド / バイオテクノロジー / 試験管内進化 / 翻訳 / 生命の起源 / 脂質膜 / 分子進化工学 / 生命体 / アセチルCoA / 酸化還元酵素

【研究成果の概要】

本研究は、 有機化学的なアプローチを試験管内RNA 分子進化法により積極的に取り入れることで複雑且つ洗練された人工リボザイムを創成することに挑んだ。具体的には、脂肪酸生合成に関わる酸化還元リボザイムとtRNA アシル化リボザイムの創製を試み、その応用としてそれらのリボザイムを用いて遺伝暗号リプログラミング技術を開発した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2004 - 2008

【配分額】112,060千円 (直接経費: 86,200千円、間接経費: 25,860千円)