膜タンパク質生合成経路の活性を維持する新しいしくみを発見!―細胞機能の維持機構の理解深化とバイオものづくりへの応用に期待―

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2026-05-18 京都産業大学

京都産業大学の研究グループは、ハンブルク大学、マックス・プランク研究所、筑波大学との国際共同研究により、クロストリジウム綱細菌において膜タンパク質生合成経路の活性を維持する新しい分子機構を発見した。膜タンパク質生合成経路は、細胞膜に必要なタンパク質を正しく輸送・組み込みする、生物の生存に不可欠な基本システムである。研究では、クロストリジウム綱細菌がこの経路の機能低下を防ぎ、安定して膜タンパク質を生産する独自の維持機構を備えていることを明らかにした。クロストリジウム綱には病原性細菌も含まれるため、本成果は病原菌の生存戦略や進化理解にもつながる可能性がある。また、膜タンパク質は創薬や産業用微生物開発で重要なため、研究者らは本知見がバイオものづくりや有用物質生産技術の高度化へ応用できると期待している。論文は Nature Communications に掲載された。

<関連情報>

クロストリジウムのリボソーム停止ペプチドCliMの多様な翻訳アレストメカニズム Diverse mechanisms of translation arrest by a Clostridia ribosome stalling peptide CliM

Mayu Yoshida,Felix Gersteuer,Ole Berendes,Keigo Fujiwara,Haaris A. Safdari,Helge Paternoga,Hiraku Takada,Nozomu Obana,Helmut Grubmüller,Lars V. Bock,Daniel N. Wilson & Shinobu Chiba
Nature Communications  Published:18 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72673-5

Abstract

Ribosome arrest peptides undergo programmed translational stalling in response to changes in the cellular environment to feedback-regulate gene expression. CliM, an arrest peptide in Clostridia, is encoded upstream of the YidC membrane protein insertase gene, but its function and mechanism remain unclear. Here we show that CliM monitors YidC activity to maintain adequate cellular YidC capacity. Interestingly, Clostridium kluyveri CliM induces elongation arrest at multiple sense codons, whereas Clostridioides difficile CliM causes termination arrest. Cryo-EM-based structural and mutational analyses demonstrate that C. difficile CliM adopts multiple α-helices within the nascent polypeptide exit tunnel, where it forms extensive arrest-essential interactions with the ribosome. The residue immediately N-terminal to the stalling site contributes to arrest by sterically interfering with full accommodation of the release factor or aminoacyl-tRNA in the A-site. Molecular dynamics simulations suggest that membrane insertion of CliM induces sequential unwinding of these α-helical structures and relocation of the penultimate residue, thereby triggering arrest release. These findings provide a unified mechanistic framework that explains the distinct arrest behaviors of CliM homologs.

生物化学工学
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