肝臓の栄養ストレスに応答するリボソーム滞留時間とアミノアシルtRNAのロバストなランドスケープ

Robust landscapes of ribosome dwell times and aminoacyl-tRNAs in response to nutrient stress in liver.

• Cédric Gobet
• Benjamin Dieter Weger
• Julien Marquis
• Eva Martin
• Nagammal Neelagandan
• Frédéric Gachon
• Felix Naef

抄録

翻訳は、メッセンジャーRNA（mRNA）特有の開始、伸長、終了速度に依存する。翻訳伸長は細菌や酵母ではよく研究されているが、真核生物ではあまり知られていない。ここでは、リボソームとトランスファーRNA（tRNA）のプロファイリングを組み合わせて、哺乳類における翻訳伸長率、（アミノアシル）tRNAレベル、およびコドン使用量の関係を調べた。リボソームサイト間のコドンペア相互作用を考慮して、リボソームプロファイリングからコドン特異的なリボソーム滞留時間をモデル化した。マウス肝臓では、酵母のそれとは異なる部位特異的な滞留時間とコドン特異的な滞留時間、およびPサイトとAサイトの隣接コドンのペアが伸長を著しく遅くしたり速くしたりすることがモデルから明らかになった。翻訳効率は日周時間や摂食条件によって異なるが、ヒトではコドンの滞留時間は非常に安定しており、保存されていた。測定したtRNAレベルはコドン使用量と相関しており、いくつかのtRNAはアミノアシル化が減少しており、これは空腹マウスで保存されていた。最後に、最長のコドン滞留時間は、アミノアシル化レベルやコドン使用率の高さによって説明できることを明らかにした。

Translation depends on messenger RNA (mRNA)-specific initiation, elongation, and termination rates. While translation elongation is well studied in bacteria and yeast, less is known in higher eukaryotes. Here we combined ribosome and transfer RNA (tRNA) profiling to investigate the relations between translation elongation rates, (aminoacyl-) tRNA levels, and codon usage in mammals. We modeled codon-specific ribosome dwell times from ribosome profiling, considering codon pair interactions between ribosome sites. In mouse liver, the model revealed site- and codon-specific dwell times that differed from those in yeast, as well as pairs of adjacent codons in the P and A site that markedly slow down or speed up elongation. While translation efficiencies vary across diurnal time and feeding regimen, codon dwell times were highly stable and conserved in human. Measured tRNA levels correlated with codon usage and several tRNAs showed reduced aminoacylation, which was conserved in fasted mice. Finally, we uncovered that the longest codon dwell times could be explained by aminoacylation levels or high codon usage relative to tRNA abundance.

Copyright © 2020 the Author(s). Published by PNAS.