細菌共通の「合成困難なアミノ酸配列」確認──逆に利用するタンパク質群も発見

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2025-12-10 国立遺伝学研究所

5万種超の細菌ゲノムを解析し、細胞内でタンパク質合成を一時停止させる「難翻訳配列」を網羅的に同定した。これらの配列は多くの細菌で共通して合成が困難であり、通常のタンパク質内部からは進化的に強く排除されていることが判明した。一方で、小型タンパク質のC末端付近には難翻訳配列がしばしば残存し、環境応答など重要な機能に関わる可能性が示唆された。細菌は基本的に難翻訳配列の使用を避けつつ、一部では翻訳停止を逆手にとり、遺伝子発現制御の仕組みとして利用していることが明らかになった。

細菌共通の「合成困難なアミノ酸配列」確認──逆に利用するタンパク質群も発見
図: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しくみを進化させることもある。

<関連情報>

難翻訳配列に対するバクテリアプロテオームの進化的適応 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.

生物工学一般
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