Inheritance mechanism of phase separated nuclear bodies built on noncoding RNAs

• Project Area: Mechanisms underlying replication of non-genomic codes that mediate plasticity and robustness for cellular inheritance
• Project/Area Number: 20H05377
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 廣瀬 哲郎 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (30273220)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: RNA / エピジェネティックス / 核構造・機能 / 遺伝子発現調節 / 細胞小器官 / エピジェネティクス

Outline of Research at the Start

哺乳類細胞の核内には膜を持たない構造体が存在し遺伝子発現の重要な基点として働いている。こうした構造体は、非コードRNAを骨組みにして相分離という物理現象を介して形成されることが明らかになった。そこで、本研究では2種類の相分離によって形成された構造体を取り上げ、構造体の周囲に形成されたクロマチンを含む核内構造が細胞分裂時にどのように解消され、さらに細胞分裂後に再形成されるのかを理解することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

特異的な非コードRNAを骨格にして形成される核内相分離構造体の内部構造と作動機構の解析を通して、その継承機構を明らかにすることを目的として研究を実施した。前年度に引き続き、熱ストレスによって特異的に形成される核内ストレス体（nSB)の温度変化によって生じる内部変化と機能を追跡する研究をさらに進めた。前年度までに、熱ストレス後のリカバリー期になると、リン酸化酵素CLK1がnSB内にリクルートされてnSBがスプライシング制御因子のリン酸化の「るつぼ」として働き、それによって温度変化に応答したRNAスプライシングを効率良く制御していること、またnSBの骨格分子であるHSATIII ncRNAが高度にm6A修飾され、m6A修飾のリーダータンパク質YTHDC1をnSBに繋留する「スポンジ」機能によって、やはり温度依存的スプライシングを制御していることを明らかにした。今年度は、この「るつぼ」と「スポンジ」という２つの機構がお互いに独立して働いていることを、各機構のキー因子の機能阻害実験によって明らかにした。またその独立性をもたらす機構として、るつぼ機構に関わるSRSF9とスポンジ機構に関わるYTHDC1が、HSATIII主要配列のGGAAUリピートの非メチル化配列とメチル化配列にそれぞれ特異的に結合することを、in vitro RNAプルダウン実験によって明らかにした。さらに超解像顕微鏡を用いたnSB観察で、るつぼ因子とスポンジ因子はnSB構造内の異なる部位に局在していることを示すデータを得た。これによって、HSATIII ncRNAの部分的なm6Aメチル化によって、メチル化部位と非メチル化部位を起点に２つの異なるRNP装置が形成され、それぞれがるつぼ、スポンジという機構を介して、異なるpre-mRNA群の温度依存的スプライシングを制御していることが明らかになった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UWA(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Int'l Joint Research] University of Western Australia(オーストラリア)
• [Journal Article] m6A modification of HSATIII lncRNAs regulates temperature‐dependent splicing (2021)
  • Author(s): Ninomiya Kensuke、Iwakiri Junichi、Aly Mahmoud Khamis、Sakaguchi Yuriko、Adachi Shungo、Natsume Tohru、Terai Goro、Asai Kiyoshi、Suzuki Tsutomu、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 40 Issue: 15
  • DOI: 10.15252/embj.2021107976
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Paraspeckles are constructed as block copolymer micelles. (2021)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hyura Yoshino, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Journal Title: EMBO Journal Volume: - Issue: 12
  • DOI: 10.15252/embj.2020107270
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Control of condensates dictates nucleolar architecture. (2021)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose
  • Journal Title: Science Volume: 373 Issue: 6554 Pages: 486-487
  • DOI: 10.1126/science.abj8350
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct RNA polymerase transcripts direct the assembly of phase-separated DBC1 nuclear bodies in different cell lines (2021)
  • Author(s): Mannen Taro、Goto Masato、Yoshizawa Takuya、Yamashita Akio、Hirose Tetsuro、Hayano Toshiya
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 32 Issue: 21
  • DOI: 10.1091/mbc.e21-02-0081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A histone modifier, ASXL1, interacts with NONO and is involved in paraspeckle formation in hematopoietic cells (2021)
  • Author(s): Yamamoto Keita、Goyama Susumu、Asada Shuhei、Fujino Takeshi、Yonezawa Taishi、Sato Naru、Takeda Reina、Tsuchiya Akiho、Fukuyama Tomofusa、Tanaka Yosuke、Yokoyama Akihiko、Toya Hikaru、Kon Ayana、Nannya Yasuhito、Onoguchi-Mizutani Rena、Nakagawa Shinichi、Hirose Tetsuro、Ogawa Seishi、Akimitsu Nobuyoshi、Kitamura Toshio
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 36 Issue: 8 Pages: 109576-109576
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109576
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CRISPR-mediated mutagenesis of long noncoding RNAs (2021)
  • Author(s): Yamazaki T., Hirose T.
  • Journal Title: Methods in Molecular Biology Volume: 2254 Pages: 283-303
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1158-6_18
  • ISBN: 9781071611579, 9781071611586
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase separation driven by production of architectural RNA transcripts. (2020)
  • Author(s): Tetsuya Yamamoto, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose
  • Journal Title: Soft matter Volume: 16 Issue: 19 Pages: 4692-4698
  • DOI: 10.1039/c9sm02458a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ゲノムの暗黒物質はどこまで解明されたか (2020)
  • Author(s): 廣瀬哲郎
  • Journal Title: 北海道医学雑誌 Volume: 95 Pages: 99-101
• [Presentation] The novel molecular function of HSATIII lncRNAs in cytoplasm (2021)
  • Author(s): 二宮賢介, 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第22回 日本RNA学会年会
• [Presentation] Molecular grammar of the SFPQ prion-like domain for the paraspeckle segregation from nuclear speckles (2021)
  • Author(s): 高桑央, 山崎智弘, SOUQUERE Sylvie, PIERRON Gerard, 村上正晃, 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第22回 日本RNA学会年会
• [Presentation] Paraspeckles are constructed as block copolymer micells (2021)
  • Author(s): 山崎智弘, 山本哲也, SOUQUERE Sylvie, 中川真一, PIERRON Gerard, 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第22回 日本RNA学会年会
• [Presentation] Analyses of the temperature-dependent recruitment mechanism of Cdc2-like kinase 1 to nuclear stress body (2021)
  • Author(s): 上野剛志, 二宮賢介, 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第22回 日本RNA学会年会
• [Presentation] The Elements and Machinery of Architectural Long Noncoding RNAs (2021)
  • Author(s): Tetsuro Hirose
  • Organizer: Keystone Symposia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 非コードRNAによる相分離構造体の形成と機能制御 (2021)
  • Author(s): 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第112回 未来医療セミナー
  • Invited
• [Presentation] HSATIII IncRNAs dictate primate-specific response to thermal stress through the dual mechanisms of splicing control (2020)
  • Author(s): 二宮賢介, 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第43回 日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 非コードRNAによる相分離構造体の形成と機能制御 (2020)
  • Author(s): 廣瀬哲郎
  • Organizer: 核酸医薬シンポジウム 2020
  • Invited
• [Presentation] ノンコーディングRNAによる核内構造体アーキテクチュア (2020)
  • Author(s): 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第79回 日本癌学会 学術総会
  • Invited
• [Presentation] Formation and function of phase separated nuclear bodies formed by architectural RNAs (2020)
  • Author(s): 廣瀬哲郎
  • Organizer: 第93回 日本生化学会大会
  • Invited
• [Remarks] 霊長類細胞は二刀流で熱ストレスに対処する（RNA構造体による遺伝子発現制御機構の発見）
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2021/20210629_1
• [Remarks] 物理であばいた細胞内の秘密 RNAによる核内構造体形成の新たなしくみを発見
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2021/20210422_1