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助成番号 140786
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

翻訳フレーム維持における品質管理因子の新規機能の解明

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Analysis of novel role of quality control factors maintain translation reading-frame

研
究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）イナダ名）トシフミ

研究期間 Ｂ

２０１４ ～ ２０１５ 年

漢字 ＣＢ

稲田利文

報告年度 ＹR

２０１６年

TOSHIFUMI

研究機関名

東北大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ INADA研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東北大学大学院薬学研究科遺伝子制御薬学分野・教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
正確な遺伝子発現はすべての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。同義
コドンへの置換であるサイレント変異が疾患の原因となることは、翻訳伸長反応の精密な制御が、正確な遺伝子発現に極めて重要であることを示している。研究代表者は、出芽酵母において使用頻度の低いレアコドン CGA が連続した場合に、翻訳伸長反応が阻害される結果、①mRNA の分子内切断と、②合成途中の新生鎖のプロテアソームによる迅速な分解、の２つの品質管理機構が起こることを見出した（JBC,2009; Mol. Cell, 2012; Genes Cells, 2014）。この連続した CGA コドンによる翻訳伸長反応の阻害には、
40S リボソームに安定に結合する RACK1 と 60S リボソーム結合する E3 ユビキチンライゲース Hel2 が必須である（EMBO Rep., 2010; Cell, 2012）。研究代表者は、品質管理因子 RACK1 の欠失変異株において、GA レアコドンを翻訳中のリボソームが高頻度で＋１フレームシフトを起こすことを見出した。従って本研究では、連続した CGA コドンを翻訳する際に正 し い フ レ ー ム が 維 持 さ れ る 分 子 機 構 を解析した。
まず、40S リボソームへの結合に欠損を示す rack1 変異体における CGA レアコドンでの＋１フレームシフトの頻度を測定した。その結果、rack1 変異体では CGA コドンの数に比例して＋１フレームシフトが増加することが明らかとなった。次に、ルシフェラーゼ遺伝子を用いた各種レポーターを構築し、＋１フレームシフトを測定すると同時に、質量分析により＋１フレームシフト産物のアミノ酸配列を決定することでフレームシフトの位置を確認した。その結果、CGA コドンが P サイトに存在する場合にのみ、＋１フレームシフトが起こることが明らかとなった。CGA コドンの３文字目 A は対応する tRNA の I（ イノシン）と塩基対形成する。tRNA の１文字目を U に置換した変異体 tRNA を発現させた結果、＋１フレームシフトが有為に抑制された。従って、Wobble 位置における A-I 塩基対合が rack1 変異体における高頻度の＋１フレームシフトを重要であることを明らかにした。
本研究で、正しいフレームの維持という遺伝子発現の根本的な反応における品質管理の新規機能が明らかとなった。トリプレットリピート病の原因配列におけるフレ ームシフトの効率を上昇させ症状を緩和させる治療法開発の分子基盤となることが期待される。現在、論文作成中であり後日提出する。また、本研究の解析の過程で翻訳伸長反応の阻害に起因する mRNA 分子内切断に tRNA 成熟化因子が関与することを見出したため、論文発表した。

キーワード ＦＡ

品質管理

翻訳アレストレアコドン（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -フレームシフト

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢThe tRNA Splicing Endonuclease Complex Cleaves the Mitochondria-localized CBP1 mRNA

著者名 ＧＡ

Tsuboi, T., Yamazaki, R., Nobuta,
R., Ikecuhi, K., Makino, S., Ohtaki,Y., Suzuki, Y., Yoshihisa, T., Trotta,C. and Inada, T.

雑誌名 ＧＣ

ページ ＧＦ

16021～16030

発行年 ＧＥ

雑誌

J Biol. Chem.

201

5

巻号 ＧＤ

290

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
During translation elongation step, ribosomes must maintain translational reading frame in order totranslate primary genetic information into polypeptides. However, cis-acting signals located on mRNAsrepresent higher order information content that can be used to direct a fraction of elongating ribosomes toshift reading frame by one base in the upstream (−1) or downstream (+1) direction. This is called
programmed ribosomal frame-shifting (PRF), and a common feature of the signals to induce +1 or -1RFS
is induction of ribosome pausing, which alters kinetic partitioning rates between in-frame and out-of-frame
codons at specific “slippery” sequences. Translation arrest induces quality controls for aberrant mRNA andproducts, however, it is still unknown whether if translation arrest by polybasic sequences, rare codons
and G-quadruples sequence could induce ribosomal frame-shift.
Translation elongation rate is regulated to ensure proper conformation and biological function of proteins.
The stalling of ribosomes during translational elongation due to the formation of stable RNA secondarystructure, rare codons, positively charged residues leads to No-Go Decay (NGD), an endonucleolytic
cleavage of the mRNA in the vicinity of the stalled ribosome. Translation arrest induced by a nascentpeptide with positively charged residues results in co-translational degradation of the arrested protein
product by the proteasome, a process that is referred to as Ribosome Quality Control (RQC).Receptor foractivated C-kinase (RACK1, ASC1 in yeast) is a 40S ribosomal subunit-associated factor and involved inNGD and RQC. Here, we show that +1 ribosomal frame-shift (+1RFS) was induced by tandem CGA
codons and poly-lysine sequences, and in proportion to the number of the CGA codons in rack1∆ cells.
Mass spectrometry analysis revealed that +1RFS occurred after second CGA codon of tandem CGA
codons, suggesting that the weak A-I interaction at wobble position between CGA codon and tRNAArg(ICG)
in P-site of ribosome induces +1RFS. We propose that high-frequent +1RFS may lead to the dissociationof stalled ribosome into subunits and degradation of the arrest products. We also found that the tRNA
splicing endonuclease (Sen) complex cleaves the mitochondria-localized CBP1 mRNA in vivo and in vitro.
Mitochondrial localization of the Sen complex is required for cleavage of the CBP1 mRNA. These suggest
the potential correlation between mitochondrial localization of mRNAs and their endonucleolytic cleavage.

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