コドン最適化は、異種タンパク質の生産量を増加させるための有効な手法の一つとして多くの生物種で利用されています。一般的に、コドン最適化による効果は翻訳効率の向上によるものであると考えられています。しかし、私たちの研究により、異種遺伝子のコドンを麹菌のコドンに最適化して発現させることで、転写産物量が数倍に増加することが明らかとなりました。 コドン最適化によりなぜ転写産物量が増加するのかを調べるために詳細な解析を進めた結果、以下の点が明らかとなりました。

・コドン最適化していない異種遺伝子を発現させた場合は poly(A) 鎖が遺伝子コード領域内に付加した（= 転写が遺伝子コード領域内で終結した）異常な転写産物が生じている。

・コドン最適化により遺伝子コード領域内での異常 poly(A) 付加が回避される。

・コドン最適化することで異種転写産物が著しく安定化する。

・麹菌では AU-rich な配列が poly(A) 付加部位の決定に関与する。

　遺伝子コード領域内に poly(A) 鎖が付加した転写産物には終止コドンが存在しないことから、異常 mRNA として認識されて積極的に分解されると予想されます。一方、AT-rich な異種遺伝子のコドンを麹菌のコドンに最適化することで GC 含量が増加し、異常 poly(A) 付加が回避されるために転写産物が安定化することが明らかとなりました。

　コドン最適化により転写産物量が増加するという現象は、糸状菌では昔から報告されていたものの、その理由は不明でした。私たちの研究によりその詳細な機構が初めて明らかとなりました。

参考文献

Codon optimization increases steady-state mRNA levels in Aspergillus oryzae heterologous gene expression.

Applied and Environmental Microbiology, 2008, 74(21): 6538-46.

Masafumi Tokuoka, Mizuki Tanaka, Kazuhisa Ono, Shinobu Takagi, Takahiro Shintani, and Katsuya Gomi.

In silico analysis of 3´-end-processing signals in Aspergillus oryzae using expressed sequence tags and genomic sequencing data.

DNA Research, 2011, 18(3): 189-200.

Mizuki Tanaka*, Yoshifumi Sakai*, Osamu Yamada, Takahiro Shintani, and Katsuya Gomi.

Transcripts of a heterologous gene encoding mite allergen Der f 7 are stabilized by codon optimization in Aspergillus oryzae.

Applied Microbiology and Biotechnology, 2012, 96(5): 1275-1282.

Mizuki Tanaka, Masafumi Tokuoka, Takahiro Shintani, and Katsuya Gomi.

Effects of codon optimization on the mRNA levels of heterologous genes in filamentous fungi.

Applied Microbiology and Biotechnology (2014) 98(9): 3859-3867.

Mizuki Tanaka, Masafumi Tokuoka, and Katsuya Gomi.