オペロンmRNA間の塩基対形成による新規連続代謝反応の実現と応用

基于操纵子mRNA碱基配对的新型连续代谢反应的实现与应用

• 批准号: 21K19063
• 负责人: 宮腰 昌利
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K19063/
• 关键词: 転写後調節; small RNA; 3'UTR; オペロン; 代謝; 3´UTR

原核生物のオペロンmRNAは複数のタンパク質をポリシストロニックにコードするだけでなく、その3´UTRから遺伝子発現制御能を持つsmall RNA (sRNA) を生成する。単独の転写産物として発現する通常のsRNAは、多くの場合標的mRNAの5´UTRと塩基対形成して、翻訳阻害もしくはmRNA分解を引き起こす。本研究は、mRNAの3´UTRからプロセシングを経て生成するsRNAが通常のsRNAと同様に、実際に細胞内で標的mRNAと塩基対形成するのか、もしくは3´UTRに制御配列を持つmRNA自体が標的mRNAと塩基対形成することが可能であるかを検証する。共焦点レーザー走査型顕微鏡、活性化確率的光学再構築顕微鏡 (dSTORM)を用いてRNA局在を解析した。大腸菌の3´UTRプロセシングに必須のエンドリボヌクレアーゼであるRNase Eの野生株もしくは温度感受株を比較したところ、プロセシングの阻害によって制御性3´UTRと標的5´UTRの共局在性が減少する傾向にあることが示された。しかしながら、制御性3'UTRの標的5´UTRとの塩基対形成に必須の塩基を置換しても共局在性に変化が見られなかった。したがって、本研究の手法ではRNAの局在が定量的に解析できない可能性が示唆された。mRNAの3´UTRからのプロセシングが制御性3´UTR由来sRNAによる標的遺伝子の制御に必須であるかを検証するため、mRNAの終止コドン直下流のRNase E切断サイトに塩基置換を導入した。3'UTRがmRNAから切り離されない状態では標的遺伝子の抑制が起きないことをウェスタンブロットで明らかにした。したがって、3´UTRに制御配列を持つmRNAではなく、切り離されたsRNAが標的mRNAと塩基対形成することで転写後調節が起きることが示された。この研究成果は論文の一部として2022年11月に発表した。

原核生物中的操纵子 mRNA 不仅多核苷酸编码多种蛋白质，而且还从其 3'UTR 生成具有调节基因表达能力的小 RNA (sRNA)。传统的 sRNA 以单个转录本表达，通常与目标 mRNA 的 5'UTR 碱基配对，导致翻译抑制或 mRNA 降解。本研究调查了通过 mRNA 3´UTR 加工产生的 sRNA 是否实际上与正常 sRNA 一样与细胞中的靶 mRNA 形成碱基对，或者 mRNA 本身是否在 3´UTR 中具有调节序列，验证是否可以碱基对与目标 mRNA 配对。使用共焦激光扫描显微镜和激活随机光学重建显微镜 (dSTORM) 分析 RNA 定位。 RNase E（一种大肠杆菌中 3'UTR 加工所必需的内切核糖核酸酶）的野生型和温度敏感菌株的比较表明，加工抑制往往会减少调节性 3'UTR 和目标 5'UTR 的共定位。表明存在。然而，即使当调节性 3'UTR 与目标 5'UTR 碱基配对所必需的碱基被替换时，也没有观察到共定位的变化。因此，有人认为本研究的方法可能无法定量分析RNA定位。为了验证来自 3'UTR 的 mRNA 的加工对于通过调节 3'UTR 衍生的 sRNA 来调节靶基因是否至关重要，我们在紧邻 mRNA 终止密码子下游的 RNase E 切割位点中引入了碱基替换。蛋白质印迹显示，当 3'UTR 未与 mRNA 分离时，靶基因不会受到抑制。因此，表明转录后调节是通过分离的sRNA与靶mRNA的碱基配对发生的，而不是通过在3'UTR中具有调节序列的mRNA进行。这项研究的结果作为论文的一部分于 2022 年 11 月发表。

项目成果

Exploring the cellular localization and processing of the 3'-UTR derived GlnZ sRNA by super-resolution imaging in Escherichia coli

通过大肠杆菌中的超分辨率成像探索 3-UTR 衍生的 GlnZ sRNA 的细胞定位和加工

• 发表时间: 2022
• 作者: ルジャー 朝紀;竹下 典男;宮腰 昌利
• 通讯作者: 宮腰 昌利

Exploring GcvB sRNA cellular localization and RNA target repartition by super-resolution imaging in Escherichia coli.

通过大肠杆菌中的超分辨率成像探索 GcvB sRNA 细胞定位和 RNA 靶标重新分配。

• 发表时间: 2022
• 作者: Lejars A.; Takeshita N.; Miyakoshi M.
• 通讯作者: Miyakoshi M.

Glutamine synthetase mRNA releases sRNA from its 3′UTR to regulate carbon/nitrogen metabolic balance in Enterobacteriaceae

谷氨酰胺合成酶 mRNA 从 3UTR 释放 sRNA 调节肠杆菌科碳/氮代谢平衡

• DOI: 10.7554/elife.82411
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 7.7
• 作者: Miyakoshi Masatoshi;Morita Teppei;Kobayashi Asaki;Berger Anna;Takahashi Hiroki;Gotoh Yasuhiro;Hayashi Tetsuya;Tanaka Kan
• 通讯作者: Tanaka Kan

Insights into the processing of the GlnZ small RNA from its parental glnA mRNA using super-resolution imaging in E. coli

使用大肠杆菌中的超分辨率成像深入了解其亲代 glnA mRNA 中 GlnZ 小 RNA 的加工过程

• 发表时间: 2022
• 作者: ルジャー 朝紀;竹下 典男;宮腰 昌利
• 通讯作者: 宮腰 昌利