ＲＮＡ結合ドメインを用いたｉｎ ｖｉｖｏＲＮＡ解析手法の創製と応用

• Project/Area Number: 17J11266
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biological pharmacy
• Research Institution: Meiji Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 山田 俊理 明治薬科大学, 薬学部, 特別研究員(PD) (50809811)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: RNA結合タンパク質 / RNA分解 / NGS解析 / RNA-seq

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、RNAの生理機能を解明するための手法開発を目指す。開発する手法は、標的RNAを認識するためにRNA結合タンパク質PUMを用いることとしたが、その前提として、内在性PUM自体の機能を解析することを第一の目的とした。
PUMが結合するRNAをゲノムワイドに決定するために、RIP-seqを行いPUMに結合している3097種のRNAを同定した。 次に、PUMによるRNA分解を解析するためにゲノムワイドにRNAの半減期を測定できるBRIC-seqを行った。PUMを欠損させた細胞では、101種のRNAにおいて半減期が有意に上昇した。両者の結果を重ね合わせた結果、48種が同定された。この48種がPUMにより 分解されるRNAである。
PUMによるmRNA分解を抑制するような摂動・生理的条件を探索した。その結果、シスプラチン（CDDP）やカンプトテシン（CPT）などDNA障害を誘導する抗がん剤がPUMのmRNA分解を阻害することを発見した(CDDP・CPTを細胞に添加すると、PUMが減少し分解標的mRNAが上昇する)。特に標的mRNAの中でもPCNAやUBE2Aなどは、損傷乗り換えDNA合成（TLS）に関与することが知られている。実際に申請者はPUMのmRNA分解が抑制されることが、TLS経路の活性化に必須であることを下記の三点により確認した。①PCNAがユビキチン化される、②TLSポリメラーゼが損傷されたDNA上に局在する、③DNA合成が促進する。
以上の結果、細胞はDNA損傷時にPUMを消失させることでmRNAを安定化・増加させ、組み換え損傷DNA修復を活性化することを解明した。
本研究成果をCell Reports誌へと投稿し、リバイス実験を経て採択が決まった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Systematic Analysis of Targets of Pumilio-mediated mRNA Decay Reveals that PUM1 Repression by DNA Damage Activates Translesion Synthesis (2020)
  • Author(s): Toshimichi Yamada, Naoto Imamachi, Katsutoshi Imamura, Kenzui Taniue, Takeshi Kawamura, Yutaka Suzuki, Masami Nagahama, Nobuyoshi Akimitsu
  • Journal Title: Cell Reports Volume: －
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Contributions of regulated transcription and mRNA decay to the dynamics of gene expression (2019)
  • Author(s): Yamada T., Akimitsu N.
  • Journal Title: WIREs RNA Volume: 10 Issue: 1
  • DOI: 10.1002/wrna.1508
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diminished nuclear RNA decay upon Salmonella infection upregulates antibacterial noncoding RNAs (2018)
  • Author(s): Imamura Katsutoshi、Takaya Akiko、Ishida Yo‐ichi、Fukuoka Yayoi、Taya Toshiki、Nakaki Ryo、Kakeda Miho、Imamachi Naoto、Sato Aiko、Yamada Toshimichi、Onoguchi‐Mizutani Rena、Akizuki Gen、Tanu Tanzina、Tao Kazuyuki、Miyao Sotaro、Suzuki Yutaka、Nagahama Masami、Yamamoto Tomoko、Jensen Torben Heick、Akimitsu Nobuyoshi
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 37 Issue: 13
  • DOI: 10.15252/embj.201797723
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interplay between Transcription and RNA Degradation (2018)
  • Author(s): Yamada T, Nagahama M, Akimitsu N
  • Journal Title: InTech Volume: 1 Pages: 97-114
  • DOI: 10.5772/intechopen.71862
  • ISBN: 9789535138556, 9789535138563
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 5'-Bromouridine IP Chase (BRIC)-Seq to Determine RNA Half-Lives. (2018)
  • Author(s): Yamada T, Imamachi N, Onoguchi-Mizutani R, Imamura K, Suzuki Y, Akimitsu N.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 1720 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7540-2_1
  • ISBN: 9781493975396, 9781493975402
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Systematic Analysis of Targets of PUM1-Mediated mRNA Decay Identifies a Role of PUM1 in Regulating DNA Damage Response Pathway (2019)
  • Author(s): Yamada T., Nagahama M., Akimitsu N.
  • Organizer: 第２１回日本RNA学会年会
• [Presentation] Identification of functional targets reveals that supression of Pumilio-mediated mRNA decay increases cell resistance to DNA damage (2019)
  • Author(s): Yamada T., Nagahama M., Akimitsu N.
  • Organizer: 第20回武田科学振興財団生命科学シンポジウム RNAネオバイオロジー
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of functional targets reveals that inhibition of Pumilio-mediated mRNA decay increases cell resistance to DNA damage (2018)
  • Author(s): Yamada T., Nagahama M., Akimitsu N.
  • Organizer: 2018 ASCB | EMBO meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA結合タンパク質研究のためのNGS活用法 (2017)
  • Author(s): 山田俊理
  • Organizer: NGS現場の会
• [Presentation] Combinatorial analysis to study a functional role of an RNA-binding protein in RNA decay (2017)
  • Author(s): 山田俊理
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] Combinatorial Analysis to Study Functional Role of an RNA-Binding Protein in RNA Decay (2017)
  • Author(s): 山田俊理
  • Organizer: EMBO, Eukaryotic RNA turnover
  • Int'l Joint Research