タンパク質動態研究所の千葉 志信准教授、伊藤 維昭シニアリサーチフェローらの研究グループが「リボソームがタンパク質を作る時に、自身(リボソーム)の構造不安定化のリスクを負うこと」を発見!

2017.11.08

TAG:

ニュース研究総合生命科学部
タンパク質動態研究所の千葉 志信 准教授、伊藤 維昭 シニアリサーチフェローらの研究グループは、タンパク質生成の過程でリボソームが自身の構造不安定化(二つのサブユニットに分かれてしまう危険性)のリスクを負うという、いままで想像もされなかった現象を発見しました!
この研究成果は、米国の学術誌「Molecular Cell」電子版に掲載されました。

タンパク質を作るとき、作り手(リボソーム)が構造不安定化のリスクを負うことを発見

-新たにわかった生命の摂理としたたかさ-

生物は、遺伝子に書き込まれた順番で20 種類のアミノ酸を数百個程度鎖状に繋げることによって数千~数万種類のタンパク質を作り、それらのタンパク質の働きによって生きています(図1)。この「遺伝情報の翻訳」と呼ばれるタンパク質合成反応を司るのがリボソームを中心としたタンパク質合成装置です。今回、東京工業大学の茶谷悠平研究員、丹羽達也助教、和泉貴士大学院生、菅田信幸大学院生、田口英樹教授、東京大学の長尾翌手可助教、鈴木勉教授、および本学の千葉志信准教授、伊藤維昭シニアリサーチフェローの研究グループは、タンパク質の合成過程において、出来かけのタンパク質がリボソームの内部から働きかけてリボソームの構造を不安定化する事があるという、これまで想像もされなかった現象を見出しました。

このようなことはリボソームが10 個程度のアミノ酸を特定の組み合わせと順番で繋げたときに起こります。そのようなアミノ酸配列をもつタンパク質の合成は遺伝子の終点(終止暗号)まで完結できずに中途終了してしまいます(図2)。リボソームはどんなアミノ酸配列のタンパク質でも順調に合成できるわけではないことは、本学グループによる「翻訳アレスト現象」の研究などからも示されていましたが、今回は二つのユニットが結合して働いているリボソームがバラバラのユニットにばらけてしまうという、さらに激しいリスクが待ち受けている例がわかったのです。

考えてみれば、リボソームは働く時大きな構造変化を余儀なくされるため、産みの苦しみとでも喩えられるような不安定化が起こることも不思議ではないのかもしれません。研究グループは、そのようなリボソームの不安定化に対抗する仕組みが生物には存在することも示しました。それでも、生まれてくるタンパク質次第で不安定化の力が打ち勝つ場合もあると言うことになります。

このような現象は、リボソームを中心とした翻訳装置の不完全さを反映しているのかもしれませんが、全体として無限の配列可能性を秘めたタンパク質群の方が役者が上であることを示しているのかもしれません。とは言っても、何らかの御利益がなければ、リボソームに悪さをするようなタンパク質は進化の過程で存続できないはずです。実際、生物(今回はモデル生物である大腸菌を用いています)は、このIRD (intrinsic ribosome destabilization) と名付けた翻訳装置の「不完全さ」を逆手にとって、細胞内のマグネシウム濃度の維持のために用いていることを研究グループは示しました。マグネシウムは遺伝情報に関わる分子の構造や機能に必須で、とりわけリボソームの安定化に必要です。研究グループは、大腸菌の遺伝子発現制御タンパク質の1つがIRDを引き起こす配列をもっており、その翻訳がマグネシウム濃度変化に鋭敏に応答して中断することを突きとめました。この制御タンパク質はマグネシウムを細胞内に取り込む輸送体の合成量を調節していますが、制御タンパク質の翻訳中断が、特殊な仕組みによってマグネシウム輸送体の発現増大という結果をもたらします。新たなマグネシウム感知の機構による細胞内恒常性維持の全く新しい方式が解明されました(図3)。

このような知識は、生命現象の理解を深めると同時に、有用タンパク質の生産などの応用面にも波及効果が期待できます。とりわけ、遺伝子発現の新しい制御方式が示されたことにより、マグネシウム濃度維持の他にIRD現象が種々の生物でもつ役割の解明が期待されます。

本研究成果は11月2日付けの米国の学術誌「Molecular Cell」電子版に掲載されました。
論文タイトル:Intrinsic ribosome destabilization underliestranslation and provides an organism with a strategy of environmentalsensing(和訳:内発的なリボソームの不安定化が遺伝情報の翻訳過程に付随し、環境応答戦略に利用される)。
著者:Y. Chadani, T. Niwa, T. Izumi, N. Sugata,A. Nagao, T. Suzuki, S. Chiba, K. Ito* and H. Taguchi*。
論文情報:MolecularCell 68, 528‒539 (2017). DOI:10.1016/j.molcel.2017.10.020

図1. 生命現象におけるタンパク質の位置づけ
図2. 新たに合成されてきたタンパク質によるリボソームの不安定化と合成の途中終了
図3. 新生鎖に依存したリボソーム不安定化による細胞内マグネシウムイオン感知機構
PAGE TOP