Codon-specific ribosome stalling reshapes translational dynamics during branched-chain amino acid starvation
分岐鎖アミノ酸飢餓時のコドン特異的リボソーム停滞が翻訳ダイナミクスを再形成する (機械翻訳の邦題)
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- doi.org
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- 2026/08/17
- 収集日
- 2026/08/03
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出版状態: 未確認
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細胞は栄養変動に応じて翻訳開始と伸長を協調的に調節するが、分岐鎖アミノ酸(BCAA)の同時枯渇が翻訳に与える影響は不明である。本研究では、マウスNIH3T3細胞を単独、二重、三重のBCAA欠乏条件下で培養し、RNA-seqとリボソームプロファイリングにより翻訳動態を解析した。その結果、すべての飢餓条件でリボソームの滞留時間が増加し、特にバリン欠乏および三重欠乏では全バリンコドンで顕著な停滞が観察された。一方、ロイシンとイソロイシン欠乏ではより軽度でコドン特異的な効果が見られた。イソロイシン欠乏特異的な停滞は三重欠乏ではほぼ消失し、これはバリンコドンでの初期伸長ボトルネックによる可能性が示された。tRNAチャージングレベルとの相関解析から、各飢餓条件で異なるtRNAイソアクセプターの調節が明らかになった。さらに定量プロテオミクスとの統合により、BCAA欠乏で低下する多くのタンパク質が停滞部位を有することが示され、伸長の低下がタンパク質産生減少に寄与することが示唆された。これらの結果は、BCAA飢餓下でのリボソーム停滞がアミノ酸供給、tRNAチャージング動態、ストレス応答シグナルのバランスを反映し、コドン選択が栄養制限下の翻訳状況を形成することを示している。
この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。
抄録
Cells regulate protein synthesis in response to fluctuating nutrient availability through coordinated mechanisms that affect both translation initiation and elongation. Branched-chain amino acids (BCAAs)—leucine, isoleucine, and valine—are essential nutrients with a significant impact on cellular physiology. However, how their simultaneous depletion affects translation remains largely unclear. Here, we examined the immediate effects of short-term BCAA limitation on translational dynamics in mammalian cells. We performed RNA sequencing (RNA-seq) and ribosome profiling (Ribo-seq) on NIH3T3 cells subjected to single, double, or triple BCAA deprivation. Our analyses revealed increased ribosome dwell times in all starvation conditions, with pronounced stalling at all valine codons during valine and triple starvation, while leucine and isoleucine starvation produced milder, codon-specific effects. Notably, we could show that isoleucine starvation-specific stalling largely diminished under triple starvation, likely due to early elongation bottlenecks at valine codons. Correlating these stalling events with tRNA charging levels revealed distinct tRNA isoacceptor regulation in each starvation condition. In addition, integrating quantitative proteomics showed that many proteins downregulated under BCAA deprivation harbor stalling sites, suggesting that compromised elongation contributes to decreased protein output. Together, these findings suggest that differential ribosome stalling under BCAA starvation reflects a balance between amino acid supply, tRNA charging dynamics, and stress-response signaling, illustrating that codon choice shapes the translational landscape under nutrient limitation.
DOI 10.1101/2025.03.27.645654
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