非典型局所翻訳を包括的に解明するAPEX-Ribo-Seq法の確立

七野 悠一

国立研究開発法人理化学研究所・開拓研究本部　研究員

研究室HP

細胞内の翻訳状況を網羅的に解析するリボソームプロファイリング（Ribo-Seq）の登場により、従来のイメージを覆す非典型的な翻訳動態が次々と明らかになっている。この手法は「翻訳中のリボソームが結合しているmRNAの領域はRNase処理から保護される」という性質を利用したもので、次世代シーケンサーによりリボソームの結合箇所を網羅的かつ定量的、そしてコドンレベルの分解能で解析できる。これまでに各mRNAの翻訳効率だけでなく、非AUG開始点、既知ORF以外の新規翻訳領域、リボソーム停滞を介した新制御など、予想外の発見がリボソームプロファイリングによって次々と生み出されている。

ミトコンドリアや神経細胞のシナプスなど細胞内の特定箇所で行われる局所翻訳も非典型的な翻訳の1つである。その分子機構を理解すべくリボソームプロファイリングの改変手法による網羅的解析が行われてきたが、これまでは煩雑で局所環境ごとに異なる手法がとられていた。本研究では近傍標識を用いて局所翻訳を網羅的に解析する簡便かつ汎用な新規手法APEX-Ribo-Seqを確立する。近傍のタンパク質とRNAをビオチン化する酵素APEX2を用いることにより様々な局所環境中のリボソームとmRNAを標識・精製し、リボソームプロファイリングを行う。この手法を可能な限り多様な局所環境に適用することにより細胞内の局所翻訳アトラスを作成し、大規模比較により新たな翻訳制御を開拓する。

  1. †Chen M, †Kumakura N, Saito H, Muller R, Nishimoto M, Mito M, Gan P, Ingolia NT, Shirasu K, Ito T, Shichino Y, *Iwasaki S. “A parasitic fungus employs mutated eIF4A to survive on rocaglate-synthesizing Aglaia plants” eLife, 12, e81302 (2023).
  2. *Shichino Y, *Iwasaki S. “Compounds for selective translational inhibition” Curr Opin Chem Biol, 69, 102158 (2022). Review.
  3. *Wu Q, Shichino Y, Abe T, Suetsugu T, Omori A, Kiyonari H, Iwasaki S, *Matsuzaki F. “Selective translation of epigenetic modifiers affects the temporal pattern and differentiation of neural stem cells” Nat Commun, 13, 470 (2022).
  4. †Kashiwagi K, †Shichino Y, †Osaki T, Sakamoto A, Nishimoto M, Takahashi M, Mito M, Weber F, *Ikeuchi Y, *Iwasaki S, *Ito T. “eIF2B-capturing viral protein NSs suppresses the integrated stress response” Nat Commun, 12, 7102 (2021).
  5. Han P, Shichino Y, Schneider-Poetsch T, Mito M, Hashimoto S, Udagawa T, Kohno K, Yoshida M, Mishima Y, Inada T, *Iwasaki S. “Genome-wide survey of ribosome collision” Cell Rep, 31(5), 107610 (2020).
  6. †Shichino Y, †Otsubo Y, Yamamoto M, *Yamashita A. “Meiotic gene silencing complex MTREC/NURS recruits the nuclear exosome to YTH-RNA-binding protein Mmi1” PLOS Gen, 16(2), e1008598 (2020).
  7. *Iwasaki S, †Iwasaki W, †Takahashi M, Sakamoto A, Watanabe C, Shichino Y, Floor SN, Fujiwara K, Mito M, Dodo K, Sodeoka M, Imataka H, Honma T, Fukuzawa K, *Ito T, *Ingolia NT. “The Translation Inhibitor Rocaglamide Targets a Bimolecular Cavity between eIF4A and Polypurine RNA” Mol Cell, 73(4), 738-748 (2019).
  8. †Akichika S, †Hirano S, Shichino Y, Suzuki T, Nishimasu H, Ishitani R, Sugita A, Hirose Y, Iwasaki S, *Nureki O, *Suzuki T. “Cap-specific terminal N6-methylation of RNA by an RNA polymerase II-associated methyltransferase” Science, 363(6423), eaav0080 (2019).
  9. Shichino Y, Otsubo Y, Kimori Y, Yamamoto M, *Yamashita A. “YTH-RNA-binding protein prevents deleterious expression of meiotic proteins by tethering their mRNAs to nuclear foci.” eLife, 7, e32155 (2018).
  10. Shichino Y, *Yamashita A, Yamamoto M. “Meiotic long non-coding meiRNA accumulates as a dot at its genetic locus facilitated by Mmi1 and plays as a decoy to lure Mmi1.” Open Biol, 4(6), 140022 (2014).

(†: contributed equally, *: corresponding author)

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