北海道大学 大学院 生命科学院

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最小オープンリーディングフレーム「AUG-stop」を介した リボソームを舞台とした新たな遺伝子発現制御機構の発見

北大生命科学院サイエンストピックス図SN縮小

遺伝子の中でタンパク質のアミノ酸配列を規定する領域をオープンリーディングフレーム(ORF)と呼びます。翻訳開始コドン(AUG)と翻訳終止コドン(UAA, UAG, UGAのいずれか)のみからなる配列は,考えうる限り最も小さいORFであり,これまで特別な機能を持つとは考えられていませんでした。私達は,ホウ素濃度が高い条件でmRNAを翻訳すると,リボソームがAUGUAAの配列で停滞し,さらにmRNAを分解してしまうことを見つけました。

一般に,遺伝子の翻訳開始コドンの上流側は,5’-非翻訳領域(5’-UTR)と呼ばれますが,高等動植物のmRNAの20−50%は,この5’-UTRに小さなORF(上流ORF)を持っています。そして,近年,上流ORFが翻訳されることで,「本体」遺伝子の発現調節を行なっている例が見つかってきています。シロイヌナズナのホウ素輸送体であるNIP5;1 mRNAの5’-UTRには,AUGUAAの配列があり,NIP5;1の発現は,この最も短いORFでリボソームがホウ素濃度依存的に停止することを介した新たな仕組みで制御されていることが分かりました。ホウ素は植物の必須元素ですが,高濃度で存在すると毒性を示します。私達が発見した制御機構は,植物が細胞内のホウ素濃度の恒常性を維持するのに,重要な働きをしていると考えられます。

本研究は,タンパク質合成装置が合成の過程で無機栄養を感知し,その挙動を変えることを通じた遺伝子発現制御機構を初めて示したものです。このような制御は真核生物に広く存在している可能性が考えられます。

なお,ホウ酸は,ホウ酸塩の形で作用している可能性がありますので,本文中ではホウ素と記しました。

(研究論文)

研究論文名:The Minimum Open Reading Frame, AUG-Stop, Induces Boron-Dependent Ribosome Stalling and mRNA Degradation(AUG-Stopなる最小のオープンリーディングフレームがホウ素に応答したリボソームの停止とmRNA分解を誘導する)

著者:田中真幸1,反田直之1,山角祐介2,山下由衣3,三輪京子4,室田勝功5,千葉由佳子3, 6,平井優美7,秋山 徹2,尾之内均5,内藤 哲3, 5,藤原 徹11東京大学大学院農学生命科学研究科,2東京大学分子細胞生物学研究所,3北海道大学大学院生命科学院,4北海道大学大学院地球環境科学研究院,5北海道大学大学院農学研究院,6北海道大学大学院理学研究院,7(独)理化学研究所環境資源科学研究センター)

公表雑誌:The Plant Cell(植物分子生物学の専門誌)

公表日:米国東部時間 2016年10月19日(水)(オンライン公開)

2016/10/21 プレスリリース ダウンロード

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