定量的グローバル研究により、真菌王国全体での開始コドンコンテキストによる翻訳制御の違いが明らかになった

Quantitative global studies reveal differential translational control by start codon context across the fungal kingdom.

• Edward W J Wallace
• Corinne Maufrais
• Jade Sales-Lee
• Laura R Tuck
• Luciana de Oliveira
• Frank Feuerbach
• Frédérique Moyrand
• Prashanthi Natarajan
• Hiten D Madhani
• Guilhem Janbon

抄録

真核生物のタンパク質合成は、一般的にAUGとその周辺のコザック配列のコンテキストによって定義される開始コドンで開始されるが、異なる種におけるこのコンテキストの定量的な重要性は不明である。我々は、この概念を病原性のあるクリプトコッカス属の酵母2種を用いて、翻訳とmRNAの5'末端と3'末端のゲノムワイドマッピングを行って検証した。その結果、翻訳抑制の主な原因となる数千ものAUGを開始とする上流オープンリーディングフレーム（uORF）が観察された。クリプトコッカスや他の真菌のトランスクリプトリーダーは、サッカロマイセスよりも実質的に長く、AUGを多く含んでいる。クリプトコッカスのmRNAは、多くのアミノアシルtRNA合成酵素を含む、予測される二重局在タンパク質をコードしており、その中には、漏れのあるAUG開始コドンの後に、ミトコンドリアを標的とする配列によって分離された強いコザックコンテキストのインフレームAUGが続く。他の真菌種の解析から、このような二重局在化は、ホソカビのカビであるNeurospora crassaでも一般的であると予測されることが示された。コザック制御による制御は、開始tRNAと接触する忠実度決定領域の翻訳開始因子の挿入と相関している。また、コドンコンテキストは、多様な真菌においてタンパク質の発現と構造の両方を定量的にプログラムするシグナルであることが明らかになった。

Eukaryotic protein synthesis generally initiates at a start codon defined by an AUG and its surrounding Kozak sequence context, but the quantitative importance of this context in different species is unclear. We tested this concept in two pathogenic Cryptococcus yeast species by genome-wide mapping of translation and of mRNA 5' and 3' ends. We observed thousands of AUG-initiated upstream open reading frames (uORFs) that are a major contributor to translation repression. uORF use depends on the Kozak sequence context of its start codon, and uORFs with strong contexts promote nonsense-mediated mRNA decay. Transcript leaders in Cryptococcus and other fungi are substantially longer and more AUG-dense than in Saccharomyces. Numerous Cryptococcus mRNAs encode predicted dual-localized proteins, including many aminoacyl-tRNA synthetases, in which a leaky AUG start codon is followed by a strong Kozak context in-frame AUG, separated by mitochondrial-targeting sequence. Analysis of other fungal species shows that such dual-localization is also predicted to be common in the ascomycete mould, Neurospora crassa. Kozak-controlled regulation is correlated with insertions in translational initiation factors in fidelity-determining regions that contact the initiator tRNA. Thus, start codon context is a signal that quantitatively programs both the expression and the structures of proteins in diverse fungi.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.