2024/04/10 更新

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チャダニ ユウヘイ
茶谷 悠平
Chadani Yuhei
所属
環境生命自然科学学域 准教授
職名
准教授
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 2012年3月   岡山大学大学院自然科学研究科 )

研究キーワード

  • タンパク質合成品質管理

  • 翻訳(タンパク質合成)

  • リボソーム

  • 新生ポリペプチド鎖(新生鎖)

  • 遺伝子発現制御

  • 非典型的翻訳

研究分野

  • ライフサイエンス / 分子生物学  / リボソーム、タンパク質合成、新生ポリペプチド鎖

学歴

  • 岡山大学   The Graduate School of Natural Science and Technology  

    2009年4月 - 2012年3月

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  • 岡山大学   The Graduate School of Natural Science and Technology  

    2007年4月 - 2009年3月

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  • 岡山大学   Faculty of Science   Department of Biology

    2003年4月 - 2007年3月

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経歴

  • 岡山大学   学術研究院 環境生命自然科学学域   准教授

    2023年4月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院   特任助教

    2018年4月 - 2023年3月

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  • 東京工業大学   科学技術創成研究院   研究員

    2016年4月 - 2018年3月

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  • 東京工業大学   生命理工学研究科   研究員

    2015年4月 - 2016年3月

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  • 独立行政法人日本学術振興会   日本学術振興会特別研究員(PD)

    2012年4月 - 2015年3月

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論文

  • Mechanistic dissection of premature translation termination induced by acidic residues-enriched nascent peptide

    Yuhei Chadani, Takashi Kanamori, Tatsuya Niwa, Kazuya Ichihara, Keiichi I. Nakayama, Akinobu Matsumoto, Hideki Taguchi

    Cell Reports   42 ( 12 )   113569 - 113569   2023年12月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113569

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  • Nascent chain-mediated translation regulation in bacteria: translation arrest and intrinsic ribosome destabilization

    Shinobu Chiba, Keigo Fujiwara, Yuhei Chadani, Hideki Taguchi

    The Journal of Biochemistry   173 ( 4 )   227 - 236   2023年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Oxford University Press (OUP)  

    Abstract

    Proteins that exsert physiological functions during being translated have been discovered from prokaryotes to eukaryotes. These proteins, also called regulatory nascent chains, are common in interacting co-translationally with the ribosomes to stall them. In most cases, such a translational arrest is induced or released in response to changes in the intracellular environment. Cells take advantage of such an environmental sensitivity as a sensor to feedback-regulate gene expression. Recent studies reveal that certain nascent chains could also destabilize the translating ribosomes, leading to stochastic premature translation termination. In this review, we introduce several examples of bacterial nascent chain-based mechanisms of translation regulation by which bacteria regulate cellular functions.

    DOI: 10.1093/jb/mvad007

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    その他リンク: https://academic.oup.com/jb/article-pdf/173/4/227/50484123/mvad007.pdf

  • A method to enrich polypeptidyl-tRNAs to capture snapshots of translation in the cell. 国際誌

    Ayako Yamakawa, Tatsuya Niwa, Yuhei Chadani, Akinao Kobo, Hideki Taguchi

    Nucleic acids research   2023年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Life depends on proteins, which all exist in nascent states when the growing polypeptide chain is covalently attached to a tRNA within the ribosome. Although the nascent chains, i.e. polypeptidyl-tRNAs (pep-tRNAs), are considered as merely transient intermediates during protein synthesis, recent advances have revealed that they are directly involved in a variety of cell functions, such as gene expression control. An increasing appreciation for fine-tuning at translational levels demands a general method to handle the pep-tRNAs on a large scale. Here, we developed a method termed peptidyl-tRNA enrichment using organic extraction and silica adsorption (PETEOS), and then identify their polypeptide moieties by mass spectrometry. As a proof-of-concept experiment using Escherichia coli, we identified ∼800 proteins derived from the pep-tRNAs, which were markedly biased towards the N-termini in the proteins, reflecting that PETEOS captured the intermediate pep-tRNA population during translation. Furthermore, we observed the changes in the pep-tRNA set in response to heat shock or antibiotic treatments. In summary, PETEOS will complement conventional methods to investigate nascent chains in the cell.

    DOI: 10.1093/nar/gkac1276

    PubMed

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  • Nascent peptide-induced translation discontinuation in eukaryotes impacts biased amino acid usage in proteomes. 国際誌

    Yosuke Ito, Yuhei Chadani, Tatsuya Niwa, Ayako Yamakawa, Kodai Machida, Hiroaki Imataka, Hideki Taguchi

    Nature communications   13 ( 1 )   7451 - 7451   2022年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Robust translation elongation of any given amino acid sequence is required to shape proteomes. Nevertheless, nascent peptides occasionally destabilize ribosomes, since consecutive negatively charged residues in bacterial nascent chains can stochastically induce discontinuation of translation, in a phenomenon termed intrinsic ribosome destabilization (IRD). Here, using budding yeast and a human factor-based reconstituted translation system, we show that IRD also occurs in eukaryotic translation. Nascent chains enriched in aspartic acid (D) or glutamic acid (E) in their N-terminal regions alter canonical ribosome dynamics, stochastically aborting translation. Although eukaryotic ribosomes are more robust to ensure uninterrupted translation, we find many endogenous D/E-rich peptidyl-tRNAs in the N-terminal regions in cells lacking a peptidyl-tRNA hydrolase, indicating that the translation of the N-terminal D/E-rich sequences poses an inherent risk of failure. Indeed, a bioinformatics analysis reveals that the N-terminal regions of ORFs lack D/E enrichment, implying that the translation defect partly restricts the overall amino acid usage in proteomes.

    DOI: 10.1038/s41467-022-35156-x

    PubMed

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  • Prophage excision switches the primary ribosome rescue pathway and rescue-associated gene regulations in Escherichia coli. 国際誌

    Haruka Onodera, Tatsuya Niwa, Hideki Taguchi, Yuhei Chadani

    Molecular microbiology   119 ( 1 )   44 - 58   2022年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Escherichia coli has multiple pathways to release nonproductive ribosome complexes stalled at the 3' end of nonstop mRNA: tmRNA (SsrA RNA)-mediated trans-translation and stop codon-independent termination by ArfA/RF2 or ArfB (YaeJ). The arfA mRNA lacks a stop codon and its expression is repressed by trans-translation. Therefore, ArfA is considered to complement the ribosome rescue activity of trans-translation, but the physiological situations in which ArfA is expressed have not been elucidated. Here, we found that the excision of CP4-57 prophage adjacent to E. coli ssrA leads to the inactivation of tmRNA and switches the primary rescue pathway from trans-translation to ArfA/RF2. This "rescue-switching" rearranges not only the proteome landscape in E. coli but also the phenotype such as motility. Furthermore, among the proteins with significantly increased abundance in the ArfA+ cells, we found ZntR, whose mRNA is transcribed together as the upstream part of nonstop arfA mRNA. Repression of ZntR and reconstituted model genes depends on the translation of the downstream nonstop ORFs that trigger the trans-translation-coupled exonucleolytic degradation by polynucleotide phosphorylase (PNPase). Namely, our studies provide a novel example of trans-translation-dependent regulation and re-define the physiological roles of prophage excision.

    DOI: 10.1111/mmi.15003

    PubMed

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  • Shotgun Proteomics Revealed Preferential Degradation of Misfolded In Vivo Obligate GroE Substrates by Lon Protease in Escherichia coli. 国際誌

    Tatsuya Niwa, Yuhei Chadani, Hideki Taguchi

    Molecules (Basel, Switzerland)   27 ( 12 )   2022年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The Escherichia coli chaperonin GroEL/ES (GroE) is one of the most extensively studied molecular chaperones. So far, ~80 proteins in E. coli are identified as GroE substrates that obligately require GroE for folding in vivo. In GroE-depleted cells, these substrates, when overexpressed, tend to form aggregates, whereas the GroE substrates expressed at low or endogenous levels are degraded, probably due to misfolded states. However, the protease(s) involved in the degradation process has not been identified. We conducted a mass-spectrometry-based proteomics approach to investigate the effects of three ATP-dependent proteases, Lon, ClpXP, and HslUV, on the E. coli proteomes under GroE-depleted conditions. A label-free quantitative proteomic method revealed that Lon protease is the dominant protease that degrades the obligate GroE substrates in the GroE-depleted cells. The deletion of DnaK/DnaJ, the other major E. coli chaperones, in the ∆lon strain did not cause major alterations in the expression or folding of the obligate GroE substrates, supporting the idea that the folding of these substrates is predominantly dependent on GroE.

    DOI: 10.3390/molecules27123772

    PubMed

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  • Nascent polypeptide within the exit tunnel stabilizes the ribosome to counteract risky translation. 国際誌

    Yuhei Chadani, Nobuyuki Sugata, Tatsuya Niwa, Yosuke Ito, Shintaro Iwasaki, Hideki Taguchi

    The EMBO journal   40 ( 23 )   e108299   2021年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Continuous translation elongation, irrespective of amino acid sequences, is a prerequisite for living organisms to produce their proteomes. However, nascent polypeptide products bear an inherent risk of elongation abortion. For example, negatively charged sequences with occasional intermittent prolines, termed intrinsic ribosome destabilization (IRD) sequences, weaken the translating ribosomal complex, causing certain nascent chain sequences to prematurely terminate translation. Here, we show that most potential IRD sequences in the middle of open reading frames remain cryptic and do not interrupt translation, due to two features of the nascent polypeptide. Firstly, the nascent polypeptide itself spans the exit tunnel, and secondly, its bulky amino acid residues occupy the tunnel entrance region, thereby serving as a bridge and protecting the large and small ribosomal subunits from dissociation. Thus, nascent polypeptide products have an inbuilt ability to ensure elongation continuity.

    DOI: 10.15252/embj.2021108299

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  • Transcription-translation of the Escherichia coli genome within artificial cells. 査読 国際誌

    Tatsuki Deyama, Yukino Matsui, Yuhei Chadani, Yasuhiko Sekine, Nobuhide Doi, Kei Fujiwara

    Chemical communications (Cambridge, England)   57 ( 80 )   10367 - 10370   2021年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Here we created artificial cells in which information of the genome of living cells is expressed by the elements encoded in the genome. We confirmed that the system works normally within artificial cells, which paves the way for reconstructing living cells from biomolecules.

    DOI: 10.1039/d1cc04401j

    PubMed

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  • Escherichia coli small heat shock protein IbpA is an aggregation-sensor that self-regulates its own expression at posttranscriptional levels. 国際誌

    Tsukumi Miwa, Yuhei Chadani, Hideki Taguchi

    Molecular microbiology   115 ( 1 )   142 - 156   2020年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Aggregation is an inherent characteristic of proteins. Risk management strategies to reduce aggregation are critical for cells to survive upon stresses that induce aggregation. Cells cope with protein aggregation by utilizing a variety of chaperones, as exemplified by heat-shock proteins (Hsps). The heat stress-induced expression of IbpA and IbpB, small Hsps in Escherichia coli, is regulated by the σ32 heat-shock transcriptional regulator and the temperature-dependent translational regulation via mRNA heat fluctuation. We found that, even without heat stress, either the expression of aggregation-prone proteins or the ibpA gene deletion profoundly increases the expression of IbpA. Combined with other evidence, we propose novel mechanisms for the regulation of the small Hsps expression. Oligomeric IbpA self-represses the ibpA/ibpB translation, and mediates its own mRNA degradation, but the self-repression is relieved by sequestration of IbpA into the protein aggregates. Thus, the function of IbpA as a chaperone to form co-aggregates is harnessed as an aggregation sensor to tightly regulate the IbpA level. Since the excessive preemptive supply of IbpA in advance of stress is harmful, the prodigious and rapid expression of IbpA/IbpB on demand is necessary for IbpA to function as a first line of defense against acute protein aggregation.

    DOI: 10.1111/mmi.14606

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  • Intrinsic Ribosome Destabilization Underlies Translation and Provides an Organism with a Strategy of Environmental Sensing. 国際誌

    Yuhei Chadani, Tatsuya Niwa, Takashi Izumi, Nobuyuki Sugata, Asuteka Nagao, Tsutomu Suzuki, Shinobu Chiba, Koreaki Ito, Hideki Taguchi

    Molecular cell   68 ( 3 )   528 - 539   2017年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Nascent polypeptides can modulate the polypeptide elongation speed on the ribosome. Here, we show that nascent chains can even destabilize the translating Escherichia coli ribosome from within. This phenomenon, termed intrinsic ribosome destabilization (IRD), occurs in response to a special amino acid sequence of the nascent chain, without involving the release or the recycling factors. Typically, a consecutive array of acidic residues and those intermitted by alternating prolines induce IRD. The ribosomal protein bL31, which bridges the two subunits, counteracts IRD, such that only strong destabilizing sequences abort translation in living cells. We found that MgtL, the leader peptide of a Mg2+ transporter (MgtA), contains a translation-aborting sequence, which sensitizes the ribosome to a decline in Mg2+ concentration and thereby triggers the MgtA-upregulating genetic scheme. Translation proceeds at an inherent risk of ribosomal destabilization, and nascent chain-ribosome complexes can function as a Mg2+ sensor by harnessing IRD.

    DOI: 10.1016/j.molcel.2017.10.020

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  • Integrated in vivo and in vitro nascent chain profiling reveals widespread translational pausing. 国際誌

    Yuhei Chadani, Tatsuya Niwa, Shinobu Chiba, Hideki Taguchi, Koreaki Ito

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   113 ( 7 )   E829-38   2016年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Although the importance of the nonuniform progression of elongation in translation is well recognized, there have been few attempts to explore this process by directly profiling nascent polypeptides, the relevant intermediates of translation. Such approaches will be essential to complement other approaches, including ribosome profiling, which is extremely powerful but indirect with respect to the actual translation processes. Here, we use the nascent polypeptide's chemical trait of having a covalently attached tRNA moiety to detect translation intermediates. In a case study, Escherichia coli SecA was shown to undergo nascent polypeptide-dependent translational pauses. We then carried out integrated in vivo and in vitro nascent chain profiling (iNP) to characterize 1,038 proteome members of E. coli that were encoded by the first quarter of the chromosome with respect to their propensities to accumulate polypeptidyl-tRNA intermediates. A majority of them indeed undergo single or multiple pauses, some occurring only in vitro, some occurring only in vivo, and some occurring both in vivo and in vitro. Thus, translational pausing can be intrinsically robust, subject to in vivo alleviation, or require in vivo reinforcement. Cytosolic and membrane proteins tend to experience different classes of pauses; membrane proteins often pause multiple times in vivo. We also note that the solubility of cytosolic proteins correlates with certain categories of pausing. Translational pausing is widespread and diverse in nature.

    DOI: 10.1073/pnas.1520560113

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  • 大腸菌の持つ二段構えのリボソーム解放機構

    阿保達彦, 茶谷悠平

    生化学   87 ( 6 )   736 - 40   2015年12月

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    記述言語:日本語  

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    J-GLOBAL

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  • ArfA recognizes the lack of mRNA in the mRNA channel after RF2 binding for ribosome rescue. 国際誌

    Daisuke Kurita, Yuhei Chadani, Akira Muto, Tatsuhiko Abo, Hyouta Himeno

    Nucleic acids research   42 ( 21 )   13339 - 52   2014年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Although trans-translation mediated by tmRNA-SmpB has long been known as the sole system to relieve bacterial stalled ribosomes, ArfA has recently been identified as an alternative factor for ribosome rescue in Escherichia coli. This process requires hydrolysis of nascent peptidyl-tRNA by RF2, which usually acts as a stop codon-specific peptide release factor. It poses a fascinating question of how ArfA and RF2 recognize and rescue the stalled ribosome. Here, we mapped the location of ArfA in the stalled ribosome by directed hydroxyl radical probing. It revealed an ArfA-binding site around the neck region of the 30S subunit in which the N- and C-terminal regions of ArfA are close to the decoding center and the mRNA entry channel, respectively. ArfA and RF2 sequentially enter the ribosome stalled in either the middle or 3' end of mRNA, whereas RF2 induces a productive conformational change of ArfA only when ribosome is stalled at the 3' end of mRNA. On the basis of these results, we propose that ArfA functions as the sensor to recognize the target ribosome after RF2 binding.

    DOI: 10.1093/nar/gku1069

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  • The fail-safe system to rescue the stalled ribosomes in Escherichia coli. 国際誌

    Tatsuhiko Abo, Yuhei Chadani

    Frontiers in microbiology   5   156 - 156   2014年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Translation terminates at stop codon. Without stop codon, ribosome cannot terminate translation properly and reaches and stalls at the 3'-end of the mRNA lacking stop codon. Bacterial tmRNA-mediated trans-translation releases such stalled ribosome and targets the protein product to degradation by adding specific "degradation tag." Recently two alternative ribosome rescue factors, ArfA (YhdL) and ArfB (YaeJ), have been found in Escherichia coli. These three ribosome rescue systems are different each other in terms of molecular mechanism of ribosome rescue and their activity, but they are mutually related and co-operate to maintain the translation system in shape. This suggests the biological significance of ribosome rescue.

    DOI: 10.3389/fmicb.2014.00156

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  • ArfA recruits release factor 2 to rescue stalled ribosomes by peptidyl-tRNA hydrolysis in Escherichia coli. 国際誌

    Yuhei Chadani, Koreaki Ito, Kazuhiro Kutsukake, Tatsuhiko Abo

    Molecular microbiology   86 ( 1 )   37 - 50   2012年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    The ribosomes stalled at the end of non-stop mRNAs must be rescued for productive cycles of cellular protein synthesis. Escherichia coli possesses at least three independent mechanisms that resolve non-productive translation complexes (NTCs). While tmRNA (SsrA) mediates trans-translation to terminate translation, ArfA (YhdL) and ArfB (YaeJ) induce hydrolysis of ribosome-tethered peptidyl-tRNAs. ArfB is a paralogue of the release factors (RFs) and directly catalyses the peptidyl-tRNA hydrolysis within NTCs. In contrast, the mechanism of the ArfA action had remained obscure beyond its ability to bind to the ribosome. Here, we characterized the ArfA pathway of NTC resolution in vitro and identified RF2 as a factor that cooperates with ArfA to hydrolyse peptidyl-tRNAs located in the P-site of the stalled ribosome. This reaction required the GGQ (Gly-Gly-Gln) hydrolysis motif, but not the SPF (Ser-Pro-Phe) codon-recognition sequence, of RF2 and was stimulated by tRNAs. From these results we suggest that ArfA binds to the vacant A-site of the stalled ribosome with possible aid from association with a tRNA, and then recruits RF2, which hydrolyses peptidyl-tRNA in a GGQ motif-dependent but codon-independent manner. In support of this model, the ArfA-RF2 pathway did not act on the SecM-arrested ribosome, which contains an aminoacyl-tRNA in the A-site.

    DOI: 10.1111/j.1365-2958.2012.08190.x

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  • Escherichia coli YaeJ protein mediates a novel ribosome-rescue pathway distinct from SsrA- and ArfA-mediated pathways. 国際誌

    Yuhei Chadani, Katsuhiko Ono, Kazuhiro Kutsukake, Tatsuhiko Abo

    Molecular microbiology   80 ( 3 )   772 - 85   2011年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Accumulation of stalled ribosomes at the 3' end of mRNA without a stop codon (non-stop mRNA) is supposed to be toxic to bacterial cells. Escherichia coli has at least two distinct systems to rescue such stalled ribosomes: SsrA-dependent trans-translation and ArfA-dependent ribosome rescue. Combination of the ssrA and arfA mutations is synthetically lethal, suggesting the significance of ribosome rescue. In this study, we identified the E. coli yaeJ gene, encoding a peptide-release factor homologue with GGQ motif, as a multicopy suppressor of the lethal phenotype of ssrA arfA double mutant. The YaeJ protein was shown to bind to ribosomes. Both in vivo and in vitro, YaeJ showed the ribosome-rescue activity and promoted the hydrolysis of peptidyl-tRNA residing in the stalled ribosome. Missense mutation in the GGQ motif or deletion of the C-terminal unstructured tail abolished both the suppressor activity for ssrA arfA synthetic lethality and the ribosome-rescue activity, suggesting the importance of these structural features. On the basis of these observations, we propose that YaeJ acts as a stop codon-independent peptidyl-tRNA hydrolysing factor through binding to ribosomes stalled at the 3' end of non-stop mRNAs. It was also suggested that ArfA and YaeJ rescue the stalled ribosomes by distinct mechanisms.

    DOI: 10.1111/j.1365-2958.2011.07607.x

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  • Nascentome analysis uncovers futile protein synthesis in Escherichia coli. 国際誌

    Koreaki Ito, Yuhei Chadani, Kenta Nakamori, Shinobu Chiba, Yoshinori Akiyama, Tatsuhiko Abo

    PloS one   6 ( 12 )   e28413   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Although co-translational biological processes attract much attention, no general and easy method has been available to detect cellular nascent polypeptide chains, which we propose to call collectively a "nascentome." We developed a method to selectively detect polypeptide portions of cellular polypeptidyl-tRNAs and used it to study the generality of the quality control reactions that rescue dead-end translation complexes. To detect nascent polypeptides, having their growing ends covalently attached to a tRNA, cellular extracts are separated by SDS-PAGE in two dimensions, first with the peptidyl-tRNA ester bonds preserved and subsequently after their in-gel cleavage. Pulse-labeled nascent polypeptides of Escherichia coli form a characteristic line below the main diagonal line, because each of them had contained a tRNA of nearly uniform size in the first-dimension electrophoresis but not in the second-dimension. The detection of nascent polypeptides, separately from any translation-completed polypeptides or degradation products thereof, allows us to follow their fates to gain deeper insights into protein biogenesis and quality control pathways. It was revealed that polypeptidyl-tRNAs were significantly stabilized in E. coli upon dysfunction of the tmRNA-ArfA ribosome-rescuing system, whose function had only been studied previously using model constructs. Our results suggest that E. coli cells are intrinsically producing aberrant translation products, which are normally eliminated by the ribosome-rescuing mechanisms.

    DOI: 10.1371/journal.pone.0028413

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  • trans-translation-mediated tight regulation of the expression of the alternative ribosome-rescue factor ArfA in Escherichia coli.

    Yuhei Chadani, Emi Matsumoto, Hiroaki Aso, Takeo Wada, Kazuhiro Kutsukake, Shizuyo Sutou, Tatsuhiko Abo

    Genes & genetic systems   86 ( 3 )   151 - 63   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Ribosomes translating mRNA without an in-frame stop codon (non-stop mRNA) stall at its 3' end. In eubacteria, such ribosomes are rescued by SsrA-mediated trans-translation. Recently, we have shown that Escherichia coli ArfA (formerly YhdL) also rescues stalled ribosomes by a mechanism distinct from that of trans-translation. Synthetic lethality phenotype of ssrA arfA double mutants suggests that accumulation of stalled ribosomes is deleterious to E. coli cells. In this report, we show that the expression of ArfA is tightly regulated by the system involving trans-translation. Both premature transcription termination and specific cleavage by RNase III were programmed at the specific sites within the arfA open reading frame (ORF) and produced arfA non-stop mRNA. C-terminally truncated ArfA protein synthesized from arfA non-stop mRNA was tagged through SsrA-mediated trans-translation and degraded in wild type cell. In the absence of SsrA, however, C-terminally truncated ArfA escaped from degradation and had a function to rescue stalled ribosomes. Full-length ArfA produced only when arfA mRNA escapes from both premature transcription termination and RNase III cleavage was unstable. From these results, we illustrate a regulatory model in which ArfA is expressed only when it is needed, namely, when the ribosome rescue activity of trans-translation system is insufficient to support cell viability. This sophisticated regulatory mechanism suggests that the ArfA-mediated ribosome rescue is a backup system for trans-translation.

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  • Ribosome rescue by Escherichia coli ArfA (YhdL) in the absence of trans-translation system. 国際誌

    Yuhei Chadani, Katsuhiko Ono, Shin-Ichiro Ozawa, Yuichiro Takahashi, Kazuyuki Takai, Hideaki Nanamiya, Yuzuru Tozawa, Kazuhiro Kutsukake, Tatsuhiko Abo

    Molecular microbiology   78 ( 4 )   796 - 808   2010年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Although SsrA(tmRNA)-mediated trans-translation is thought to maintain the translation capacity of bacterial cells by rescuing ribosomes stalled on messenger RNA lacking an in-frame stop codon, single disruption of ssrA does not crucially hamper growth of Escherichia coli. Here, we identified YhdL (renamed ArfA for alternative ribosome-rescue factor) as a factor essential for the viability of E. coli in the absence of SsrA. The ssrA-arfA synthetic lethality was alleviated by SsrA(DD) , an SsrA variant that adds a proteolysis-refractory tag through trans-translation, indicating that ArfA-deficient cells require continued translation, rather than subsequent proteolysis of the truncated polypeptide. In accordance with this notion, depletion of SsrA in the ΔarfA background led to reduced translation of a model protein without affecting transcription, and puromycin, a codon-independent mimic of aminoacyl-tRNA, rescued the bacterial growth under such conditions. That ArfA takes over the role of SsrA was suggested by the observation that its overexpression enabled detection of the polypeptide encoded by a model non-stop mRNA, which was otherwise SsrA-tagged and degraded. In vitro, purified ArfA acted on a ribosome-nascent chain complex to resolve the peptidyl-tRNA. These results indicate that ArfA rescues the ribosome stalled at the 3' end of a non-stop mRNA without involving trans-translation.

    DOI: 10.1111/j.1365-2958.2010.07375.x

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MISC

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  • 翻訳停滞とリボソーム不安定化による非典型的翻訳現象の駆動と再構成

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  • 翻訳開始因子eIF2Dは翻訳伸長中の内発的リボソーム不安定化(IRD)を抑制する

    市原知哉, 松本有樹修, 幡野敦, 松本雅記, 茶谷悠平, 田口英樹, 中山敬一

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   45th   2022年

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  • 出芽酵母をモデルとしたリボソーム不安定化による生理機能制御の解析

    寺内遥香, 伊藤遥介, 丹羽達也, 茶谷悠平, 田口英樹, 田口英樹

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   45th   2022年

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  • 定量プロテオミクスを用いた大腸菌GroE依存基質のGroE欠乏条件下における分解機構の解析

    丹羽達也, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   22nd (Web)   2022年

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  • 遺伝情報を拡張,再定義する非典型的翻訳の再構成

    田邊葵, 茶谷悠平, 丹羽達也, 丹羽達也, 田口英樹, 田口英樹

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   94th (CD-ROM)   2022年

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  • 細胞内蛋白質の存在状態の新常識【翻訳途上で機能するタンパク質】

    千葉志信, 茶谷悠平

    月刊細胞   53 ( 9 )   2021年

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  • 大腸菌細胞質プロテアーゼ欠損株の定量プロテオミクス解析

    丹羽達也, 上村英里, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本プロテオーム学会大会プログラム・抄録集   2021 (CD-ROM)   2021年

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  • タンパク質合成の連続性はリボソームトンネル内の新生ポリペプチド鎖自身によって保証される

    茶谷悠平, 菅田信幸, 丹羽達也, 伊藤遥介, 田口英樹

    日本生化学会大会(Web)   93rd   2020年

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  • 翻訳伸長複合体による細胞内Mg2+濃度感知と恒常性維持機構

    茶谷悠平, 丹羽達也, 和泉貴士, 菅田信幸, 長尾翌手可, 鈴木勉, 千葉志信, 伊藤維昭, 田口英樹

    日本細菌学雑誌(Web)   75 ( 1 )   2020年

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  • タンパク質合成の連続性は,リボソームトンネル構造と内包される新生ポリペプチド鎖により保証される

    茶谷悠平, 菅田信幸, 伊藤遥介, 丹羽達也, 丹羽達也, 田口英樹, 田口英樹

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   92nd   2020年

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  • STALL-seq法によりランダム配列ライブラリーから試験管内選択された翻訳アレスト配列の生物種間比較解析

    梅原智文, 濱野理, 茶谷悠平, 藤原慶, 田口英樹, 土居信英

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   42nd   2019年

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  • タンパク質凝集体蓄積に呼応した新規シャペロン翻訳制御機構の解明

    三輪つくみ, 茶谷悠平, 丹羽達也, 丹羽達也, 田口英樹, 田口英樹

    日本細胞生物学会大会(Web)   71st   2019年

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  • 大腸菌細胞質プロテアーゼ欠損株の定量プロテオミクス解析

    丹羽達也, 丹羽達也, 上村英里, 茶谷悠平, 田口英樹, 田口英樹

    日本細胞生物学会大会(Web)   71st   2019年

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  • 翻訳伸長ダイナミクスと新生鎖フォールディング

    田口英樹, 茶谷悠平, 丹羽達也

    生物物理(Web)   59 ( 3 )   2019年

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  • 大腸菌細胞質プロテアーゼ欠損株の定量プロテオミクス解析

    丹羽達也, 丹羽達也, 上村英里, 茶谷悠平, 田口英樹, 田口英樹

    日本プロテオーム学会大会プログラム・抄録集   2019   2019年

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  • 新生ポリペプチド鎖により再定義される非従来型ORFの解析

    田邉葵, 田邉葵, 茶谷悠平, 田口英樹, 田口英樹

    日本RNA学会年会要旨集   21st   2019年

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  • 質量分析による新生プロテオーム解析法の確立

    山川絢子, 茶谷悠平, 丹羽達也, 丹羽達也, 田口英樹, 田口英樹

    日本細胞生物学会大会(Web)   71st   2019年

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  • リボソーム不安定化をトリガーとしたribosome hoppingによる大腸菌ORFの再定義

    田邊葵, 茶谷悠平, 丹羽達也, 田口英樹

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   91st   2019年

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  • 大腸菌mgtLを翻訳する70Sリボソームは細胞内Mg2+濃度センサーとして機能する

    茶谷悠平, 丹羽達也, 和泉貴士, 菅田信幸, 長尾翌手可, 鈴木勉, 千葉志信, 伊藤維昭, 田口英樹

    日本RNA学会年会要旨集   20th   2018年

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  • 真核生物由来の翻訳停止配列を試験管内で大規模に探索する手法の開発

    梅原智文, 濱野理, 茶谷悠平, 藤原慶, 田口英樹, 土居信英

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   41st   2018年

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  • 終止コドンに依らず翻訳を途中終了させる酸性アミノ酸の連続配列

    田口英樹, 茶谷悠平, 千葉志信, 伊藤維昭

    バイオサイエンスとインダストリー   76 ( 3 )   2018年

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  • uORFによる多剤排出トランスポーターMdtMの発現制御機構

    古野間すずな, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本RNA学会年会要旨集   20th   2018年

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  • STALL-seq法による大腸菌新規翻訳アレスト遺伝子の大規模探索と機能解析

    濱野理, 南雲優, 茶谷悠平, 徳永真由子, 藤原慶, 田口英樹, 土居信英

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   41st   2018年

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  • 新生鎖依存的な翻訳停止配列の探索

    藤田智也, 茶谷悠平, 中東憲治, 丹羽達也, 岩崎信太郎, 田口英樹

    日本RNA学会年会要旨集   19th   2017年

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  • 翻訳一時停止の網羅解析より見出された,新生ポリペプチド鎖によるリボソーム開裂現象とその生理学的意義

    茶谷悠平, 丹羽達也, 和泉貴士, 菅田信幸, 長尾翌手可, 鈴木勉, 千葉志信, 伊藤維昭, 田口英樹

    日本細胞生物学会大会(Web)   69th   2017年

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  • 新生ポリペプチド鎖に依存したリボソーム開裂現象の生理的意義の解析

    菅田信幸, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   17th   2017年

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  • リボソームプロファイリングを用いた新生鎖依存的な翻訳一時停止配列の解析

    藤田智也, 岩崎信太朗, 茶谷悠平, 中東憲治, 丹羽達也, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   17th   2017年

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  • upstream ORFでの翻訳動態を介した多剤排出トランスポーターMdtMの発現制御機構

    古野間すずな, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本生化学会大会(Web)   90th   2017年

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  • バクテリアにおけるuORF翻訳を介した凝集体蓄積の感知機構の解析

    三輪つくみ, 茶谷悠平, 田口英樹

    日本RNA学会年会要旨集   19th   2017年

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  • 膜タンパク質シャペロンYidCの細胞内基質の探索

    古清水智夏, 茶谷悠平, 丹羽達也, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   17th   2017年

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  • タンパク質の翻訳伸長には個性(緩急リズム)がある

    伊藤維昭, 茶谷悠平, 千葉志信, 田口英樹

    バイオサイエンスとインダストリー   74 ( 5 )   2016年

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  • プロリン連続配列による翻訳伸長の減速が細胞内フォールディングに与える影響

    橋本俊樹, 茶谷悠平, 丹羽達也, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   16th   2016年

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  • 大腸菌の持つ二段構えのリボソーム解放機構

    阿保達彦, 茶谷悠平

    生化学   87 ( 6 )   2015年

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  • 網羅解析より見出された翻訳アレストの普遍性とその生理学的意義

    茶谷悠平, 丹羽達也, 千葉志信, 伊藤維昭, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   15th   2015年

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  • 大腸菌新規翻訳停止配列の変異体解析

    和泉貴士, 茶谷悠平, 丹羽達也, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   15th   2015年

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  • 細胞内翻訳時フォールディングにおける翻訳速度変化の影響

    橋本俊樹, 茶谷悠平, 丹羽達也, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   15th   2015年

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  • 網羅解析より見出された翻訳アレストの普遍性とその生理学的意義

    茶谷悠平, 丹羽達也, 千葉志信, 伊藤維昭, 田口英樹

    日本蛋白質科学会年会プログラム・要旨集   15th   2015年

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  • 大腸菌ArfAタンパク質のリボソーム結合能

    阿保達彦, 阿保達彦, 茶谷悠平, 柴谷知宏, 大川成美

    日本RNA学会年会要旨集   16th   2014年

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  • 大腸菌タンパク質合成における伸長アレストの全体像解明に向けて

    茶谷悠平, 千葉志信, 伊藤維昭

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   86th   2014年

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  • 変異導入による大腸菌ArfAタンパク質の解析

    阿保達彦, 岸本真幸, 茶谷悠平, PAJAK Aleksandra

    日本RNA学会年会要旨集   15th   2013年

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  • 大腸菌翻訳途上鎖の網羅的解析

    茶谷悠平, 千葉志信, 伊藤維昭

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   85th   2013年

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  • 大腸菌ArfAによるリボソームレスキュー

    阿保達彦, 茶谷悠平, 沓掛和弘

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   85th   2013年

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  • アラニンスキャニングによる大腸菌ArfAの機能構造解析

    岸本真幸, 茶谷悠平, 森川淳基, 阿保達彦, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   84th   2012年

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  • trans-translationを介した大腸菌ArfA(YhdL)の発現制御機構

    茶谷悠平, 松本衣未, 阿蘓寛明, 和田健男, 沓掛和弘, 須藤鎮世, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   83rd   2011年

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  • 大腸菌ArfAによるリボソーム解放の分子メカニズム

    茶谷悠平, 阿保達彦

    日本分子生物学会年会プログラム・要旨集(Web)   34th   2011年

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  • Stop codon independent translation termination promoted by E. coli ArfA

    Yuhei Chadani, Katsuhiko Ono, Tatsuhiko Abo

    GENES & GENETIC SYSTEMS   85 ( 6 )   414 - 414   2010年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:GENETICS SOC JAPAN  

    Web of Science

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  • 大腸菌ArfAタンパク質による終止コドン非依存的翻訳終結機構

    茶谷悠平, 小野勝彦, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   82nd   2010年

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  • E.coli arfA(yhdL)発現の調節

    茶谷悠平, 小野勝彦, 阿保達彦

    生化学   2010年

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  • 大腸菌YhdLタンパク質を介した新規リボソームリサイクルシステム

    茶谷悠平, 小野勝彦, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   81st   2009年

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  • 階層横断生命科学-異分野融合的研究の新展開に向けて-大腸菌SsrAの生理学的意義を探るバクテリアにおける遺伝学的アプローチと生化学的アプローチ

    茶谷悠平, 小野勝彦, 松本衣未, 沓掛和弘, 阿保達彦

    階層横断生命科学-異分野融合的研究の新展開にむけて 理研シンポジウム 平成21年   2009年

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  • 大腸菌SsrA欠損株の生育に必要なYhdLタンパク質の解析

    茶谷悠平, 小野勝彦, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   80th   2008年

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  • 生育にSsrA RNAを必要とする大腸菌突然変異株の解析

    茶谷悠平, 小野勝彦, 阿保達彦

    日本遺伝学会大会プログラム・予稿集   79th   2007年

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共同研究・競争的資金等の研究

  • タンパク質合成装置の弱点を補強する「潤滑油」的翻訳因子群の 機能解析

    2023年10月 - 2027年09月

    公益財団法人 武田科学振興財団  ライフサイエンス研究助成 

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    担当区分:研究代表者 

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  • 翻訳産物自身に秘匿されたコンテクスト型遺伝情報の解読

    2023年10月 - 2025年03月

    公益財団法人 山田科学振興財団  2023年度 研究援助 

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    担当区分:研究代表者 

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  • 酵素の安定発現を実現させる「酵素」の解析

    2023年05月 - 2024年05月

    公益財団法人 日本応用酵素協会  酵素研究助成 

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    担当区分:研究代表者 

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  • 合成途上産物に秘められた拡張型遺伝情報の解読と遺伝子像の再構成

    研究課題/領域番号:23H02410  2023年04月 - 2027年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    茶谷 悠平

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    配分額:16120000円 ( 直接経費:12400000円 、 間接経費:3720000円 )

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  • 非典型的な翻訳動態の多様性・普遍性と分子機構

    研究課題/領域番号:20H05925  2020年11月 - 2025年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    田口 英樹, 茶谷 悠平

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    担当区分:研究分担者 

    配分額:196950000円 ( 直接経費:151500000円 、 間接経費:45450000円 )

    2020年度は目的達成のために以下のような研究を推進した。【研究1】新生鎖に依存したリボソームの不安定化(IRD)の分子機構を大腸菌で解析した。具体的には、N末端側に負電荷アミノ酸に富んだ配列(D/Eリッチ配列)があるとIRDが起こるのに、D/Eリッチ配列の前に数十アミノ酸が翻訳されるとIRDが起こりにくくなる分子機構を詳細に調べた。種々の解析の結果、D/Eリッチ配列の翻訳時にIRDが起こらないように防御する機構として、1)リボソーム新生鎖トンネル(30アミノ酸程度を格納)にある新生鎖が長ければ長いほど(長さ依存)、またペプチド転移中心付近の新生鎖のファンデルワールス半径が大きいほど(かさ高さ依存)、IRDが阻止されることが明らかとなった(Chadani et al, EMBO J 2021)。また、IRDが大腸菌以外の生物、特に真核生物でどのくらい普遍的に起こるのかについても探求し、N末端にD/Eリッチ配列が富むとIRDが真核生物でも起こることを見出した(bioRxivにて公開)。【研究2】非典型的な翻訳から産まれるタンパク質の多様性:ウイルスの翻訳時に起こる非典型的な翻訳であるバイパス現象の分子機構にIRDが一部関与することを見出した。さらに、大腸菌の内在性ORFでもバイパス現象が起こるかどうか調べた。【研究3】疾患に関わる非典型的な翻訳過程の分子機構:非典型的な翻訳が神経変性疾患に関わる塩基リピート病に関連した非ATG翻訳(RAN翻訳)を真核生物の無細胞翻訳系や生細胞内で解析するための実験系を構築した。【その他】本研究費も部分的に使って維持管理・稼働して、連携研究に使っている質量分析装置によるプロテオーム研究で多くの共同研究を行い、多数の成果を得ている。

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  • リボソーム動態制御により拡張されるタンパク質レパートリーの探索

    研究課題/領域番号:19K16038  2019年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    茶谷 悠平

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    DNAにコードされる遺伝情報はmRNAへと転写されたのち、細胞内装置リボソームによってポリペプチド鎖(タンパク質)へと翻訳される。新規合成されるポリペプチド鎖(新生鎖)は、リボソーム大サブユニットのトンネルを通過しつつ合成される。その際トンネルと新生鎖間の相互作用によって、様々にリボソーム機能は制御される。代表研究者は過去に、負電荷アミノ酸連続クラスターの翻訳によってリボソーム複合体が不安定化するIRD (Intrinsic Ribosome Destabilization)現象を発見した。同現象について解析を進めたところ、IRDは翻訳の途上終結だけでなく、mRNA配列の読み飛ばし(ホッピング)も誘発していることが明らかとなってきた。これらの翻訳動態は、いずれも本来の開始コドンと終始コドンにより定義されるORF通りのタンパク質とは別の、新たなタンパク質アイソフォーム形成に寄与している可能性がある。上記の可能性を検討する目的で本年度は、1. IRDによる翻訳途上終結頻度は上昇するが、ホッピング頻度は減少する大腸菌bL31欠損株のリボソームプロファイリング解析、2. 配列解析から浮上したIRD依存的にマルチアイソフォームを形成する候補遺伝子の個別解析を行った。リボソームプロファイリングでは、IRD依存的に発現調節を受ける数十の大腸菌遺伝子群を同定した。個別解析からは、ある大腸菌遺伝子オペロンにおいてIRD依存的に+2 フレームシフトが発生していること、同現象は過去に報告されているバクテリオファージ遺伝子でのホッピング現象と複数の共通項を有していることを見出した。

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  • 翻訳速度リズムの変動が翻訳共役的フォールディングに与える影響

    研究課題/領域番号:17K15073  2017年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    丹羽 達也, 田口 英樹, 茶谷 悠平, 岩崎 信太郎

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    タンパク質翻訳の速度変化のリズムがタンパク質フォールディングに与える影響を網羅的に調べるために、プロリンが連続する配列の翻訳を促進する因子であるEF-Pの有無、および細胞内でのコピー数が少ないtRNA(レアtRNA)の補完による影響をショットガンプロテオミクスなどの手法で解析した。しかしながら、EF-Pについてはフォールディングに影響するようなモデルタンパク質を見つけることができず、レアtRNA補完ではそもそも翻訳速度リズム変化があまり起きていないことが確認された。一方、リボソーム上で合成される新生ポリペプチド鎖とリボソームトンネルとの相互作用を改変させることで影響を与える可能性が示唆された。

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  • 新生ポリペプチド鎖によるリボソーム開裂現象の生理的意義と分子メカニズム解明

    研究課題/領域番号:17K15062  2017年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    茶谷 悠平

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    リボソームが負電荷アミノ酸を連続して連結する際に、確率的に発生する翻訳の途上終結現象(IRD : Intrinsic Ribosome Destabilization)の発生メカニズムを明らかにするため、生化学的、遺伝学的解析を行った。結果、翻訳伸長段階にのみ見られるある特徴的構造が70S翻訳複合体を安定化していること、またIRDはその構造を破断することで複合体の不安定化を誘起していることが示唆された。さらに解析の途上で、IRDは特異なタンパク質合成の起点となっていることも明らかとなった。

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  • 停滞がもたらすリボソーム新機能の解明

    研究課題/領域番号:12J02403  2012年04月 - 2015年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    茶谷 悠平

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    配分額:3630000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:330000円 )

    翻訳アレスト(停滞)の全容解明のため、大腸菌翻訳途上鎖の網羅解析を行った。1043遺伝子の翻訳伸張プロファイルをin vitro, in vivo両条件で記述したところ、強弱、種別様々ではあるが総計3531箇所での翻訳アレストを見出した。翻訳アレストを実験条件ごとの発生状況で分類し、統計解析を行ったところ、1. in vitroにおいてのみ発生するアレストはORF N末端で高頻度に発生すること、2. in vivoにおいてのみ発生するアレストは膜タンパク質において高頻度に発生する傾向があること、3. in vitro, in vivo両条件で発生するアレストはORF C末端で高頻度に発生することを見出した。また、特定種の翻訳アレストとタンパク質とフォールディング特性に一定の相関が見出された。以上の解析から、翻訳アレストが従来の特異的現象という考えと異なり、普遍的現象であること、また特定種の翻訳アレストがタンパク質生合成に寄与し、生理学的意義をもつ可能性が示唆された。
    翻訳アレストの普遍性が上記解析から見出されたので、各アミノ酸、リボソームトンネルとの相互作用が翻訳アレストにどのように寄与するかをモデル系を使って検証した。結果、近年翻訳アレストを引き起こすことが報告されているプロリン、正電荷アミノ酸などが翻訳アレストに強く寄与する傾向を見出した。本解析で見出された新規翻訳アレストモチーフ、分子機構については、今後継続して解析を進行させる予定である。

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担当授業科目

  • 生物学入門II (2023年度) 第2学期  - 水3~4