代謝酵素遺伝子ノンコーディングmRNAの食餌による発現制御機構の解明

• Project Area: Neo-taxonomy of noncoding RNAs
• Project/Area Number: 17H05596
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 黒柳 秀人 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (30323702)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2018: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2017: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: ノンコーディングmRNA / 遺伝子発現制御 / 品質管理機構 / NMD / 選択的スプライシング / 線虫 / 食餌 / アミノ酸代謝酵素 / RNAプロセシング / 代謝 / 微生物 / RNA品質管理 / アミノ酸代謝

Outline of Annual Research Achievements

１．線虫のS-アデノシルメチオニン（SAM）合成酵素をコードするsams-3遺伝子のノンコーディングmRNAを発現する選択的スプライシング制御を可視化する蛍光レポーター線虫を作製し、SAM合成酵素自身のノックダウンや飢餓によってレポーターの発現が変動することを確認した。sams-3のノンコーディングmRNAを誘導する食餌の大腸菌中の成分の特定を進めており、界面活性剤不溶性タンパク質性の成分が寄与していることを見出した。
２．線虫の細胞質リボソームタンパク質をコードする82個のrp遺伝子のうち8個について、ノンコーディングmRNAを産生するような選択的スプライシングを受けることで発現量の恒常性が維持されていることを見出した。そのうち、L10aタンパク質がL10AREと命名したイントロン内の作動エレメントに直接結合することで選択的スプライシングを自己制御すること、その機構が哺乳類にまで進化的に保存されていることを報告した。
３．線虫のRNA結合タンパク質PTB-1が哺乳類の相同遺伝子と同様に自身のmRNA前駆体の選択的スプライシングを制御してノンコーディングmRNAを産生させることで発現量を負に自己制御していることを見出した。東京大学理学系研究科の飯野雄一教授らとの共同研究により、スプライシング制御因子ASD-1, FOX-1, PTB-1, UNC-75が協働してインスリン受容体をコードするdaf-2遺伝子のエクソン11.5の神経細胞種特異的な選択的スプライシングを制御し、ASER細胞におけるこのエクソンの制御が飢餓時の記憶の形成に必要であることを明らかにした。
４．線虫のmRNAプロセシング制御（組織特異性、発生段階依存性、ノンコーディングmRNAの産生と品質管理による発現量の制御、遺伝学的解析方法、他の生物との比較など）についての総説を発表した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Emory University/Indiana University(米国)
• [Int'l Joint Research] Emory University(米国)
• [Int'l Joint Research] University of California, Los Angeles(米国)
• [Int'l Joint Research] Indiana University School of Medicine(米国)
• [Journal Article] Alternative splicing of the Caenorhabditis elegans lev-11 tropomyosin gene is regulated in a tissue-specific manner (2018)
  • Author(s): Watabe Eichi、Ono Shoichiro、Kuroyanagi Hidehito
  • Journal Title: Cytoskeleton Volume: 75 Issue: 10 Pages: 427-436
  • DOI: 10.1002/cm.21489
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phosphorylation of the RSRSP stretch is critical for splicing regulation by RNA-Binding Motif Protein 20 (RBM20) through nuclear localization (2018)
  • Author(s): Rie Murayama, Mariko Kimura-Asami, Marina Togo-Ohno, Yumiko Yamasaki-Kato, Taeko K. Naruse, Takeshi Yamamoto, Takeharu Hayashi, Tomohiko Ai, Katherine G. Spoonamore, Richard J. Kovacs, Matteo Vatta, Mai Iizuka, Masumi Saito, Shotaro Wani, Yuichi Hiraoka, Akinori Kimura & Hidehito Kuroyanagi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 8970-8983
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26624-w
  • NAID: 120007031665
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tropomyosin isoforms differentially affect muscle contractility in the head and body regions of the nematode Caenorhabditis elegans (2018)
  • Author(s): Barnes Dawn E.、Watabe Eichi、Ono Kanako、Kwak Euiyoung、Kuroyanagi Hidehito、Ono Shoichiro
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 29 Issue: 9 Pages: 1075-1088
  • DOI: 10.1091/mbc.e17-03-0152
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Alternative Splicing Regulator RBM20 and Cardiomyopathy (2018)
  • Author(s): Watanabe Takeshi、Kimura Akinori、Kuroyanagi Hidehito
  • Journal Title: Frontiers in Molecular Biosciences Volume: 5 Pages: 105-105
  • DOI: 10.3389/fmolb.2018.00105
  • NAID: 120007150215
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation of the RSRSP stretch is critical for splicing regulation by RNA-Binding Motif Protein 20 (RBM20) through nuclear localization (2018)
  • Author(s): Rie Murayama, Mariko Kimura-Asami, Marina Togo-Ohno, Yumiko Yamasaki-Kato, Taeko K. Naruse, Takeshi Yamamoto, Takeharu Hayashi, Tomohiko Ai, Katherine G. Spoonamore, Richard J. Kovacs, Matteo Vatta, Mai Iizuka, Masumi Saito, Shotaro Wani, Yuichi Hiraoka, Akinori Kimura and Hidehito Kuroyanagi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 印刷中
  • NAID: 120007031665
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An emerging model organism Caenorhabditis elegans for alternative pre-mRNA processing in vivo (2017)
  • Author(s): Shotaro Wani & Hidehito Kuroyanagi
  • Journal Title: Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA Volume: 印刷中 Issue: 6
  • DOI: 10.1002/wrna.1428
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] トロポミオシンをコードするlev-11遺伝子の選択的スプライシング制御 (2019)
  • Author(s): 黒柳秀人
  • Organizer: 東京地区線虫勉強会
• [Presentation] 動物個体におけるmRNA前駆体プロセシング動態の解析 (2018)
  • Author(s): 渡部栄地，黒柳秀人
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Genome-wide Kinetic Analysis of Pre-mRNA Processing in Living Animals (2018)
  • Author(s): 渡部栄地，黒柳秀人
  • Organizer: 線虫研究の未来を創る会
• [Presentation] Genome-Wide Kinetic Analysis of Pre-mRNA Processing in Living Animals (2018)
  • Author(s): 渡部栄地
  • Organizer: 東京地区線虫勉強会
• [Presentation] C. elegans代謝関連遺伝子のスプライシング制御における食餌の影響 (2018)
  • Author(s): 和仁翔太郎
  • Organizer: 東京地区線虫勉強会
• [Presentation] 個体レベルで行うmRNA前駆体プロセシングの動態の解析 (2017)
  • Author(s): 渡部栄地、黒柳秀人
  • Organizer: 第19回日本RNA学会年会
• [Presentation] C. elegans代謝関連遺伝子のスプライシング制御における食餌の影響 (2017)
  • Author(s): 和仁翔太郎、黒柳秀人
  • Organizer: 第19回日本RNA学会年会
• [Presentation] Genome-wide kinetic analysis of pre-mRNA processing in living animals (2017)
  • Author(s): Eichi Watabe, Hidehito Kuroyanagi
  • Organizer: CSHL Meeting on 40 YEARS OF mRNA SPLICING: FROM DISCOVERY TO THERAPEUTICS
• [Presentation] 個体レベルで行う mRNA前駆体プロセシングの動態の解析 (2017)
  • Author(s): 渡部栄地、黒柳秀人
  • Organizer: ConBio2017（2017年度生命科学系学会合同年次大会）
• [Book] 遺伝子発現制御機構 (2017)
  • Author(s): 田村隆明、浦聖惠（編）
  • Total Pages: 264
  • Publisher: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807909179
• [Remarks] 東京医科歯科大学難治疾患研究所フロンティア研究室遺伝子発現制御学
• [Remarks] フロンティア研究室 遺伝子発現制御学
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/end/
• [Remarks] 「ノンコーディングRNAネオタクソノミ」研究成果紹介
  • URL: https://ncrna.jp/blog/item/370-rouge
• [Remarks] みらいぶプラス
  • URL: https://www.milive-plus.net/newleader/049/