リボソームのトンネルの詰まりを解消するメカニズムの解明 ~YheSがtRNAを引っ張り、リボソームを再始動~

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2026-06-15 東京大学

東京大学、東京科学大学、岡山大学の共同研究グループは、翻訳調節因子YheSがリボソーム内で停止したタンパク質合成を再開させる分子メカニズムを解明した。タンパク質合成では、SecMと呼ばれるタンパク質の合成中に、生成中のペプチド鎖がリボソーム内部のトンネルに引っ掛かり、翻訳が停止する「翻訳アレスト」が生じることが知られている。本研究では、大腸菌の無細胞翻訳系とクライオ電子顕微鏡解析を用いて、停止したリボソームとYheSの複合体構造を高分解能で決定した。その結果、YheSはリボソームのEサイトに結合し、PサイトのtRNAを約25度回転させながら外側へ引き出すことで、SecMペプチド鎖をトンネルからわずかに引き戻し、トンネル壁との相互作用を解除していることが判明した。さらに変異体解析と分子動力学シミュレーションにより、YheSがATP加水分解を利用してリボソームから離脱し、翻訳再開を促す仕組みも明らかになった。本成果は、生命現象の根幹であるタンパク質合成制御の理解を深めるとともに、有用タンパク質生産やバイオものづくり技術の高度化に貢献すると期待される。

リボソームのトンネルの詰まりを解消するメカニズムの解明 ~YheSがtRNAを引っ張り、リボソームを再始動~
YheSによってアレストが解除されたSecMペプチドの構造

<関連情報>

YheSを介したSecMによって停止したリボソームの放出に関する構造的知見 Structural insights into YheS-mediated release of SecM-arrested ribosome

Kaishi Iso  (依宋 海志),Toma Ikeda  (池田 刀麻),Kohei Yamasaki,Yushin Ando,Fumiya K. Sano,Tadaomi Furuta  (古田忠臣),Hideki Taguchi,Osamu Nureki,Yuhei Chadani  (茶谷悠平) & Yuzuru Itoh  (伊藤 弓弦)
Nature Communications  Published:09 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-72863-1

Abstract

ATP-binding cassette subfamily F (ABCF) proteins interact with the ribosome to resolve translation defects near the peptidyl transferase center (PTC). In Escherichia coli, four ABCF proteins (EttA, Uup, YbiT, and YheS) selectively promote translation of distinct problematic nascent peptide sequences, but their molecular mechanisms remain unclear. Here, we present a 2.8 Å cryo-EM structure of the ribosome in complex with an ATPase-deficient mutant of YheS and investigate how it releases ribosomes arrested by the SecM nascent chain. YheS binds to the ribosomal E-site via the L1 stalk, and its P-site tRNA-interaction motif (PtIM) extends toward the PTC, displacing the CCA end of the P-site tRNA. Notably, the cryo-EM density corresponding to the SecM nascent chain within the exit tunnel is largely lost upon YheS binding. These observations suggest that YheS relieves peptide sequence-dependent stalling by perturbing nascent chain-tunnel interactions through P-site tRNA relocation. Steered molecular dynamics simulations provide qualitative support for this model. Together, our findings provide mechanistic insight into a mode of arrest release distinct from the translocon-mediated release mechanism.

細胞遺伝子工学
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