細菌に共通の「合成しづらいタンパク質」の特徴を明らかにし、それを積極的に利用して働く特異なタンパク質群を発見!

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2025-12-09 京都産業大学

京都産業大・国立遺伝学研究所らの研究グループは、多様な真正細菌に共通する「細胞内で合成しづらいアミノ酸配列(難翻訳配列)」の特徴を系統的に解析し、RGPPやRAPPといった特定の配列が強い難翻訳性を示すことを明らかにした。細菌ゲノムを網羅的に調べた結果、これらの配列はタンパク質内部からは進化的にほぼ排除されており、細胞がリボソームの“弱点”を避ける方向に進化してきたことが示唆された。一方で、比較的小さな分泌タンパク質のカルボキシ末端付近には、難翻訳配列を積極的に利用する「翻訳アレスト因子」が多数存在し、タンパク質輸送や環境変化のモニタリングなど多様な生理機能を担うことが判明した。すなわち、細胞は難翻訳配列を一般には排除しつつ、一部ではその「合成のしづらさ」を巧みに利用するという、柔軟で多様な進化戦略を取ってきたことが示された。

細菌に共通の「合成しづらいタンパク質」の特徴を明らかにし、それを積極的に利用して働く特異なタンパク質群を発見!
図1:本研究の概要多くの細菌において「タンパク質の合成を止めてしまうアミノ酸配列」のパターンを発見(左)。そのような配列パターンは、一般的には、進化の過程で排除されるが(右上)、一方で、細菌は、合成困難性を細胞の機能維持に役立てるユニークな仕組みを進化させることもある(右下)。

<関連情報>

細菌プロテオームの翻訳阻害配列への進化的適応 Evolutionary adaptation of bacterial proteomes to translation-impeding sequences

Keigo Fujiwara,Naoko Tsuji,Karen Sakiyama,Hironori Niki & Shinobu Chiba
The EMBO Journal  Published:09 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s44318-025-00651-6

Abstract

Microbial translation arrest peptides monitor intracellular environments and feedback-regulate downstream gene expression. Previous studies have identified a class of bacterial arrest peptides with C-terminal RAPP-like sequences, encoded upstream of genes involved in protein localization. In this study, we found that among RAPP-like sequences, RAPP (Arg-Ala-Pro-Pro) and RGPP (Arg-Gly-Pro-Pro) could more readily evolve into translation-impeding sequences with a particularly robust arrest that is refractory to EF-P. RAPP-like motifs were found to be strongly excluded from bacterial proteomes, likely reflecting the risk of disrupting the cellular translation system. Meanwhile, these motifs tended to occur near the C-terminus of relatively small secretory and membrane proteins. Notably, they were encoded upstream of genes with diverse functions beyond protein localization. Indeed, we identified seven RAPP/RGPP-containing arrest peptides from Streptomyces lividans encoded upstream of genes with diverse functions. These findings illustrate the bidirectional evolution of RAPP-containing proteins: their elimination from bacterial proteomes and their adaptation into arrest peptides with various regulatory roles.

細胞遺伝子工学
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