tRNAの「脱硫型修飾」がタンパク質合成を左右する! ―ヒト細胞で見つかった新しい翻訳制御―

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2026-03-10 東京大学

東京大学大学院工学系研究科の莫喩楓大学院生と鈴木勉教授らは、ヒト細胞およびマウス組織のtRNAにおいて、硫黄が外れた「脱硫型修飾(xm5h2U)」が内在的に生成されることを初めて実証した。RNA質量分析によりこの修飾の存在を確認し、さらに翻訳実験で、脱硫型tRNAではアミノアシル化効率とコドン認識能力が低下し、タンパク質合成効率が下がることを明らかにした。加えてクライオ電子顕微鏡解析により、脱硫型修飾tRNAがリボソーム上でコドンと不安定な塩基対を形成し認識しにくくなる構造的理由を解明した。これにより、酸化ストレスに応答してtRNA修飾の脱硫を介して翻訳を制御する新たな分子機構が示された。

tRNAの「脱硫型修飾」がタンパク質合成を左右する! ―ヒト細胞で見つかった新しい翻訳制御―
概要図:脱硫型tRNA修飾による翻訳制御機構

<関連情報>

tRNA修飾の酸化的脱硫による翻訳制御 Translational regulation by oxidative desulfuration of tRNA modifications

Yufeng Mo,Kensuke Ishiguro,Kenjyo Miyauchi,Yuriko Sakaguchi,Yosei Hanzawa,Naho Akiyama,Ayaka Murayama,Kodai Machida,Hiroaki Imataka,Akio Yamashita,Takayuki Ohira,Mikako Shirouzu & Tsutomu Suzuki
Nature Communications  Published:10 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-70126-7

Abstract

Modifications in the anticodon region of transfer RNA (tRNA) are essential for accurate and efficient protein synthesis. 5-Methyl-2-thiouridine derivatives (xm5s2U) are major modifications at the wobble position of tRNA anticodons decoding purine-ending two-codon sets. Although the thiocarbonyl group of xm5s2U enhances decoding efficiency, it is chemically susceptible to oxidative desulfuration, yielding 4-pyrimidinone derivatives (xm5h2U). Here, we identify xm5h2U derivatives in human cells and mouse tissues and confirm their cellular formation by spike-in experiments. Desulfurized tRNAs carrying 5-methoxycarbonylmethyl-4-pyrimidinone (mcm5h2U) show impaired codon recognition in a human reconstituted in vitro translation system. The mcm5h2U modification reduces aminoacylation of tRNAs for lysine, glutamate, and glutamine, but not arginine. Cryogenic electron microscopy reveals the structural basis of altered AAA/AAG decoding by mcm5h2U at the ribosomal A-site. These findings reveal a mechanism by which oxidative desulfuration of tRNA modifications dynamically regulates codon recognition and protein synthesis under oxidative stress conditions in human and mammalian cells.

細胞遺伝子工学
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