The mechanisms of selection of the translation initiation codon; analysis of illegitimate translation in mutant mice created by genome editing

翻译起始密码子的选择机制；

• 批准号: 18K06355
• 负责人: 牧野 茂
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Japanese Foundation for Cancer Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18K06355/
• 关键词: 定型外翻訳; 開始コドン; フレームシフト変異; マウス遺伝学; 形態形成; 疾患モデル; ヘッジホグシグナル; mRNAの翻訳; 翻訳開始コドン; ゲノム編集; 突然変異マウス

独自に発見した「定型外翻訳」は、KOZAK配列などとは異なる未知の翻訳制御機構の存在を強く示唆した。本研究では、定型外翻訳解析をさらに個体レベルにおいて進め、mRNA上の複数のAUG配列から、適切な翻訳開始コドンを選択する機構を明らかにすると共に、定型外翻訳が関連するヒト疾患の分子基盤の解明も目指す。形態形成の鍵を握るGli3遺伝子にゲノム編集を用いて突然変異を導入し、様々なフレームシフト変異マウスを独立に5系統を樹立した。完全なGli3ノックアウト（KO）マウスは胎生致死であることが古くから知られているが、今回樹立した全てのフレームシフト変異系統は、成体まで問題なく生存することが明らかとなった。KOマウスが示す重度な中枢神経系の形態異常も、今回樹立したフレームシフト変異マウス胚では完全にレスキューされた。以上より、定型外翻訳で発現するGLI3タンパク質は、正常なGLI3タンパク質と同等の活性を持つことを明らかにした。定型外翻訳がGli3遺伝子に限らない一般的な現象であること、さらに、マウスに限らず生物種を越えて一般的な現象かどうか検証するため、定型外翻訳に関する文献調査を行なった。その結果、少なくとも23のヒト疾患において、定型外翻訳が疾患の発症や重篤さの変化に重要な役割を果たすこと見出した。ヒト細胞HEK293Tにおいてマウスと全く同じ定型外翻訳が見られることをわれわれ自身実験的にも示しており、従来知られている翻訳制御機構とは異なる定型外翻訳が、種を超えて一般的な現象であることを強く示唆する結果を得た。さらに、近年のuORFによる翻訳制御の知見ともあわせ、定型外翻訳の分子遺伝学的解明は、これまで全く知られていない遺伝子発現制御の重要な分子機構を明らかにし、ヒト疾患の分子基盤の解明にもつながると確信する。

这一独特发现的“非常规翻译”强烈表明存在一种不同于KOZAK序列的未知翻译控制机制。在本研究中，我们将进一步分析个体水平的非常规翻译，阐明从mRNA上的多个AUG序列中选择合适的翻译起始密码子的机制，并研究与非常规翻译相关的人类疾病的分子基础。这通过基因组编辑，我们将突变引入到形态发生的关键 Gli3 基因中，并建立了五个具有各种移码突变体的独立小鼠品系。尽管人们早已知道Gli3完全基因敲除（KO）小鼠是胚胎致死的，但此次建立的所有移码突变株均被证明可以毫无问题地存活到成年期。 KO小鼠表现出的中枢神经系统严重形态异常在此处建立的移码突变小鼠胚胎中得到了完全挽救。由上可知，通过非规范翻译表达的GLI3蛋白具有与正常GLI3蛋白同等的活性。我们对非常规翻译进行了文献调查，以验证非常规翻译是一种不限于Gli3基因的普遍现象，也是为了验证它是否是一种不限于小鼠而是跨物种的普遍现象。结果，我们发现非典型翻译在至少 23 种人类疾病的发病和严重程度中发挥着重要作用。我们通过实验证明，在人类HEK293T细胞中观察到了与小鼠中完全相同的非常规翻译，这表明与之前已知的翻译控制机制不同的非常规翻译是跨物种的普遍现象。结果强烈表明这一点。此外，结合最近对uORF翻译控制的认识，非常规翻译的分子遗传学阐明将揭示迄今为止完全未知的基因表达控制的重要分子机制，并阐明人类疾病的分子基础。它也会导致这种情况。

项目成果

定型外翻訳とヒト疾患：翻訳の分子機構を解析する新しい方法

非典型翻译与人类疾病：分析翻译分子机制的新方法

• 发表时间: 2019
• 作者: Akiko Inoue*;Yuki Sakayori;Nobuko Nishikawa;Shinobu Hosoda;Yuji Suzuki;Yasushi Iwata;Iwane Suzuki;権藤洋一
• 通讯作者: 権藤洋一

致死表現型をレスキューする定型外翻訳の解析とヒト疾患への応用

拯救致命表型的非典型翻译分析及其在人类疾病中的应用

• 发表时间: 2019
• 作者: 牧野茂;権藤洋一
• 通讯作者: 権藤洋一

致死表現型をレスキューする定型外翻訳の遺伝学

拯救致命表型的非常规翻译遗传学

• 发表时间: 2018
• 作者: 牧野茂;井上貴美子;田村勝;廣瀬美智子;石塚祐一; 福村龍太郎;小倉淳郎;権藤洋一
• 通讯作者: 権藤洋一