【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】生命・健康・医療情報学

【研究領域課題番号】26540152 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合成生物学 / 数理モデル / 細胞間コミュニケーション / 細胞間コミニュケーション / 遺伝暗号 / リボソーム / tRNA / 直交性

【研究成果の概要】

本研究では合成生物学における遺伝子発現制御として、ポジティブフィードバックに注目した。この系では、細胞アルファは、分子Bを受け取った際に分子Aを放出し、同時に抗生物質耐性を獲得する。一方、細胞ベータは、分子Aを受け取った際に、分子Bを放出し、同時に抗生物質への耐性を獲得する。抗生物質による増殖阻害による速度低下、および、相手からの通信分子によって誘導される耐性遺伝子の発現によって阻害が緩和され速度低下が回復することが観察されたのみならず、通信分子の生産自体が増殖速度の抑制を生じさせていた。この結果、情報科学における意思決定の利得表を大腸菌の増殖速度を指標として実装することができた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】25291020 (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 / 遺伝暗号 / 直行性 / タンパク質合成 / tRNA擬態タンパク質 / 翻訳終結 / mRNA品質管理 / 直交性

【研究成果の概要】

真核細胞におけるtRNA擬態分子複合体の機能インターフェース解明を行った。まず、出芽酵母では不活性な異種eRF3を用いた変異体分離と解析を行い、tRNA擬態分子eRF1とeRF3およびリボソームとの分子間機能相互作用部位を同定した。次に、リボソーム上でのeRF1によるコドン特異的認識機構の解明のために、保存性eRF1-L123アミノ酸残基の網羅的変異体解析を行った。その結果一連の変異体は、一残基部位のみの変異で新規な終止コドン認識パターンを示した。eRF1とリボソームとのドッキングモデルから、この残基がリボソーム遺伝暗号解読部位のRNA機能残基との相互作用により機能することが示唆された

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【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】生体生命情報学

【研究領域課題番号】23650155 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

合成生物学 / 遺伝暗号 / リボソーム / ｔRNA / 直交性 / tRNA

【研究成果の概要】

なぜ生命は現在の20種類のアミノ酸セットを採用したのだろうか？単純なかたちから複雑なかたちへと変化する進化の本質を考慮すれば、遺伝暗号の成立時から20というアミノ酸の種類が定まっていたとは考えにくい。この疑問に答えるために、本研究ではこれまでの研究を拡張し、複数種類のアミノ酸を同時に除去した単純化遺伝暗号を構築した。さらに、細胞内で動作する単純化遺伝暗号の構築を試みた。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】23657071 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質合成 / tRNA分子擬態 / 遺伝暗号 / mRNA品質管理 / Gタンパク質 / リボソーム / 翻訳終結 / 翻訳調節 / タンパクs質合成

【研究成果の概要】

我々は遺伝暗号解読ならびにmRNA品質管理機構におけるtRNA 擬態分子の性質を明らかにするために以下の研究を行った。１．万能型古細菌aEF1αとtRNA擬態分子との新規複合体結晶構造解明と生化学解析、２．新たな遺伝学系の構築と解析。その結果、tRNA擬態分子複合体形成に関わる結合インターフェースの新知見、ならびに、tRNA分子のアンチコドンループに擬態するtRNA擬態分子のコドン認識部位の極近傍に存在する新たな機能部位などを明らかにすることができた。これらの新規な機能領域はリボソームの遺伝暗号解読機構や、mRNA品質管理機構において翻訳GTPaseスイッチによる制御に関わるものと考えられる。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)