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脊髄小脳変性症原因因子Ataxin-2によるmRNAポリA鎖伸長を介した翻訳活性化機構

稲垣 佑都 Inagaki Hiroto 名古屋市立大学

2021.03.24

概要

【序論】
真核生物 mRNA の 3’末端ポリ A 鎖は翻訳および mRNA の安定性において遺伝子発現に重要な役割を果たしている。これらの役割は主に 3’末端ポリ A 鎖特異的な RNA 結合タンパク質である PABPC1 によって仲介される。PABPC1 は 5’末端キャップ構造に結合する翻訳開始因子複合体 eIF4E-eIF4G と相互作用し、mRNA の環状構造が形成される。また、翻訳終結因子複合体 eRF1-eRF3 とも相互作用することにより、翻訳を終結したリボソームを開始部位に近接させ、リボソームの再利用効率を高めると推定されている。実際に、mRNA のキャップ構造に加えポリ A 鎖が存在することで翻訳は相乗的に活性化することが証明されている。一方で、PABPC1 には2つのポリ A 鎖分解酵素複合体 Pan2-Pan3 と Tob-Caf1-Ccr4および eRF1-eRF3 が相互作用することでポリ A 鎖の短縮が行われる。これらの相互作用はPABPC1 の PABC ドメインと eRF3、Pan3 及び Tob の PABPC1 結合モチーフ 2(PAM2)によって媒介される。

翻訳終結が終わると eRF1-eRF3 はポリ A 鎖に結合した PABPC1 から解離し、それに置き換わるかたちで Pan2-Pan3 と Tob -Caf1-Ccr4 が PABPC1 と会合することでポリ A鎖の短縮が引き起こされる。ポリ A 鎖分解は mRNA 分解における律速段階であるため、ポリ A 鎖長の調節は mRNA の安定性制御において重要な役割を果たす。すなわち、ポリ A 鎖長の調節は、mRNA の翻訳と安定性の2つの過程で遺伝子発現調節に大きく寄与している。

これまで、mRNA の 3’非翻訳領域(3’UTR)に結合する配列特異的 RNA 結合タンパクがポリA 鎖分解酵素をリクルートすることで遺伝子発現を負に調節されることが示されてきた。

一方で、近年ポリ A 鎖伸長による正の遺伝子発現調節が存在することが明らかにされてきた。発生の初期段階では、母性 mRNA の細胞質ポリ A 鎖伸長を介して翻訳を促進することが知られていたが、体細胞では細胞質ポリ A 鎖伸長によって調節される転写物の数は限られている。

Ataxin-2 は LSm ドメインを有する RNA 結合タンパクであり、健常人では 22~23 アミノ酸のポリグルタミン(polyQ)配列を含むが、34 アミノ酸以上の polyQ 配列の拡張は脊髄小脳変性症 2 型(SCA2)の遺伝的原因となる一方で、27~33 アミノ酸の polyQ 配列の拡張は TDP43 プロテイノパチーと呼ばれる TDP-43 タンパク質の異常な凝集体形成を伴う筋萎縮性側索硬化症(ALS)のリスク増加と関連している。Ataxin-2 は N 末端領域の LSm ドメインに加えて C 末端領域に存在する PAM2 モチーフを介した PABPC1 との結合により、特定の mRNAの 3’UTR に直接結合し、mRNA の安定化とタンパク産生を促進する。しかし、Ataxin-2 がmRNA を安定化するメカニズムは不明であり、また Ataxin-2 が標的 mRNA の翻訳にも影響を与ぼす可能性が示唆されているがいまだ証明されていない。

本研究では、Ataxin-2 が CyclinD1 と TDP-43 mRNA をはじめとする標的 mRNA にポリ A鎖ポリメラーゼ PAPD4 をリクルートしそのポリ A 鎖伸長を促進することで、翻訳を活性化することをはじめて証明した。また、Ataxin-2 によるポリ A 鎖伸長促進には、PABPC1 及びRNA ヘリカーゼである DDX6 との相互作用も不可欠な役割をはたしていることを見出した。

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