ミトコンドリア翻訳の終わりよければ全て良し -タンパク質合成の終結とリボソーム再利用の分子機構を解明-

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2026-07-21 理化学研究所,東京大学

理化学研究所と東京大学の研究グループは、ミトコンドリアにおけるタンパク質合成(翻訳)の終結からリボソーム再利用、再開始、品質管理までを担う分子機構を1コドン分解能で解明した。独自開発の「MitoIP-Thor-Ribo-Seq法」と「MitoIP-Thor-Disome-Seq法」を用いて解析した結果、終結因子mtRF1Lは標準・非標準を含む4種類すべての終止コドンを認識する一方、mtRF1は非標準終止コドン(AGA、AGG)やフレームシフトによる異常翻訳の終結を担うことを明らかにした。また、翻訳後のリボソーム再利用が下流ORFの翻訳再開始に不可欠であり、ICT1やmtRF-Rなどの救出因子は翻訳開始直後に停滞したリボソームの品質管理に重要な役割を果たすことも判明した。本研究は、ミトコンドリア翻訳の全体像を初めて体系的に示す成果であり、ミトコンドリア病や加齢に伴うエネルギー代謝異常の分子機構解明や治療研究への貢献が期待される。

ミトコンドリア翻訳の終わりよければ全て良し -タンパク質合成の終結とリボソーム再利用の分子機構を解明-
本研究の概要(generated by Issei Takahashi)

<関連情報>

ミトコンドリアにおける翻訳の終結、リサイクル、再開始、およびフレーム内およびフレーム外のコンテキストにおける救済 Mitochondrial translation termination, recycling, reinitiation, and rescue for in-frame and out-of-frame contexts

Taisei Wakigawa  (脇川 大誠),Mari Mito,Qi Fang,Yuzuru Itoh,Yoichi Shinkai & Shintaro Iwasaki  (岩崎 信太郎)
Nature Communications Published:21 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75248-6

Abstract

Because mitochondria diverged from a bacterial ancestor during evolution, the mitochondrial protein synthesis system includes both mRNAs and translation factors with unique characteristics. However, the molecular mechanisms underlying translation termination, recycling, and quality control remain unclear. Here, via high-resolution mitochondrial Ribo-Seq and Disome-Seq, we reveal: the specificity of release factors for different kinds of stop codons; the role of mtRF1 in vertebrates, which do not have noncanonical stop codons in their main translons; the recycling-coupled translation of internal translons; and the rescue of mitoribosomes in the early elongation stage. mtRF1L recognizes all stop codons, whereas mtRF1 recognizes only AGA/AGG noncanonical stop codons. Additionally, mtRF1 terminates the translation of out-of-frame translons that end with AGA/AGG. We also found that mtRRF and mtIF3 are required for mitoribosome recycling on stop codons and for the reinitiation of internal translon translation. Mitoribosomes that stall at the start codons and/or at the early elongation phase are major substrates of the rescue factors ICT1, mtRF-R, and mtRES1. Moreover, HEMK1-mediated methylation of release factors enhances the termination reaction on stop codons. Our results provide insights into the mitoribosome dynamics that are associated with the completion of protein synthesis.

細胞遺伝子工学
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