また、tRNA I34修飾に対するコドン使用量の適応は、翻訳動態とプロテオームランドスケープを制御している

Adaptation of codon usage to tRNA I34 modification controls translation kinetics and proteome landscape.

• Xueliang Lyu
• Qian Yang
• Lin Li
• Yunkun Dang
• Zhipeng Zhou
• She Chen
• Yi Liu

抄録

コドン使用量の偏りはすべてのゲノムの普遍的な特徴であり、タンパク質の発現レベルを調節する上で重要な役割を果たしています。アデノシンデアミナーゼ（ADAT）によるtRNAアンチコドンウォブル位置（I34）のアデノシンからイノシンへの修飾は、すべての真核生物で観察されており、コドン使用量とtRNAプールの相関関係を説明するために提案されています。しかし、コドン使用量依存性の遺伝子発現に影響を与えるI34修飾がtRNAプールにどのような影響を与えるのかは不明である。本研究では、Neurospora crassaをモデル系として、分子解析、生化学的解析、バイオインフォマティクス解析を組み合わせて、adat2のサイレンシングにより、ADAT関連tRNAのI34修飾レベルが著しく低下し、ADAT関連tRNAプロファイルが大きく変化し、ADAT関連コドン上での翻訳伸長速度がリプログラミングされることを明らかにした。adat2サイレンシングはまた、ゲノム全体のコドン使用量に依存したmRNA上のリボソーム休止およびプロテオームランドスケープの変化を引き起こし、選択的な翻訳抑制または異なるmRNAの誘導をもたらした。酵母GCN4pのニューロスポラオルソログであるCPC-1の発現誘導は、adat2サイレンシングとアミノ酸飢餓後の転写応答を媒介している。これらの結果は、ADATによるtRNAのI34修飾が、プロテオームランドスケープを形成するためのコドン利用に依存した翻訳を促進する上で大きな役割を果たしていることを示している。

Codon usage bias is a universal feature of all genomes and plays an important role in regulating protein expression levels. Modification of adenosine to inosine at the tRNA anticodon wobble position (I34) by adenosine deaminases (ADATs) is observed in all eukaryotes and has been proposed to explain the correlation between codon usage and tRNA pool. However, how the tRNA pool is affected by I34 modification to influence codon usage-dependent gene expression is unclear. Using Neurospora crassa as a model system, by combining molecular, biochemical and bioinformatics analyses, we show that silencing of adat2 expression severely impaired the I34 modification levels for the ADAT-related tRNAs, resulting in major ADAT-related tRNA profile changes and reprogramming of translation elongation kinetics on ADAT-related codons. adat2 silencing also caused genome-wide codon usage-biased ribosome pausing on mRNAs and proteome landscape changes, leading to selective translational repression or induction of different mRNAs. The induced expression of CPC-1, the Neurospora ortholog of yeast GCN4p, mediates the transcriptional response after adat2 silencing and amino acid starvation. Together, our results demonstrate that the tRNA I34 modification by ADAT plays a major role in driving codon usage-biased translation to shape proteome landscape.