Chromatin regulation by RNA-induced phase separation

• Project Area: Chromatin potential for gene regulation
• Project/Area Number: 21H00253
• 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: 山崎 智弘 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 特任講師(常勤) (90732280)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 相分離 / NEAT1 / パラスペックル / ゲノム制御 / RNA / lncRNA / ブロック共重合体 / ミセル化 / 非膜オルガネラ / 長鎖ノンコーディングRNA / 非膜性構造体

Outline of Research at the Start

RNAが誘導する核内非膜性構造体に焦点を当て、その遺伝子発現・クロマチン制御における機能発現メカニズムを理解することを目的とする。NEAT1 lncRNAが構築する核内非膜性構造体パラスペックルをモデル系として扱うとともに、申請者が新たに構築した人工相分離構造体誘導系を用いて、ソフトマター物理学の理論解析も取り入れながら、RNA誘導性相分離の形成と機能を包括的に理解するための原理および分子基盤を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

細胞核内には、相分離により形成される非膜性構造体が多数存在している。そのほとんどのものには、RNAが構成因子として含まれているが、その構造体の形成および機能における役割は十分には理解されていない。本研究は、RNAが誘導する核内非膜オルガネラに焦点を当て、その遺伝子発現・クロマチン制 御における機能発現メカニズムを理解することを目的としている。NEAT1_2 lncRNAが構築する核内非膜性構造体であるパラスペックルをモデル系として扱うとともに、申請者が新たに構築した人工非膜性構造体実験系を利用し、RNAによる核内相分離に共通する機能発現機能を明らかにする。さらに、ソフトマター物理学の理論解析も取り入れ、RNA誘導性相分離の形成とクロマチン・遺伝子発現制御機能を包括的に理解するための原理および分子基盤を明らかにする。これまでに、実験による解析とソフトマター物理理論を融合した研究により、パラスペックルがブロック共重合体のミセル化という細胞内相分離の原理として、多くの研究がなされている液液相分離とは異なる機構により形成されていることを明らかにした。さらに、パラスペックルのミセル化に関わるタンパク質因子の同定も進んでいる。こうした解析から、RNA-タンパク質複合体がブロック共重合体として働くという普遍的なメカニズムを明らかにしてきている。また、人工非膜性構造体を用いた解析から、パラスペックルや様々な細胞内構造体の構成因子としても同定されている、DBHSファミリータンパク質やFETファミリータンパク質が形成する構造体の形成メカニズムを明らかにした。さらに、パラスペックルによる遺伝子発現制御について、p53経路における役割についても解析を進め、パラスペックルによる遺伝子発現制御を理解するために重要な知見を得た。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS(フランス)
• [Journal Article] Triblock copolymer micelle model of spherical paraspeckles (2022)
  • Author(s): Tetsuya Yamamoto, Tomohiro Yamazaki, and Tetsuro Hirose
  • Journal Title: Front. Mol. Biosci. Volume: 9 Pages: 925058-925058
  • DOI: 10.3389/fmolb.2022.925058
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Micellization: A new principle in the formation of biomolecular condensates (2022)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, and Tetsuro Hirose
  • Journal Title: Front. Mol. Biosci. Volume: 9 Pages: 974772-974772
  • DOI: 10.3389/fmolb.2022.974772
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Statistical Thermodynamics Approach for Intracellular Phase Separation (2022)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki
  • Journal Title: Methods Mol. Biol. Volume: 2509 Pages: 361-393
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-2380-0_22
  • ISBN: 9781071623794, 9781071623800
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Remarkable improvement in detection of readthrough downstream-of-gene transcripts by semi-extractable RNA-sequencing (2022)
  • Author(s): Iwakiri Junichi、Tanaka Kumiko、Chujo Takeshi、Takakuwa Hiro、Yamazaki Tomohiro、Terai Goro、Asai Kiyoshi、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: RNA Volume: 29 Issue: 2 Pages: 170-177
  • DOI: 10.1261/rna.079469.122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A guide to membraneless organelles and their various roles in gene regulation (2022)
  • Author(s): Hirose Tetsuro、Ninomiya Kensuke、Nakagawa Shinichi、Yamazaki Tomohiro
  • Journal Title: Nature Reviews Molecular Cell Biology Volume: 24 Issue: 4 Pages: 288-304
  • DOI: 10.1038/s41580-022-00558-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Editorial: The why of RNA granules: Form, function, and regulation (2022)
  • Author(s): Yamazaki Tomohiro、Audas Timothy E.、Farny Natalie G.
  • Journal Title: Frontiers in Molecular Biosciences Volume: 9
  • DOI: 10.3389/fmolb.2022.1111463
• [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] ArcRNAs and the formation of nuclear bodies. (2021)
  • Author(s): Shinichi Nakagawa, Tomohiro Yamazaki, Taro Mannen, Tetsuro Hirose
  • Journal Title: Mammalian Genome Volume: - Issue: 2 Pages: 382-401
  • DOI: 10.1007/s00335-021-09881-5
  • Peer Reviewed
• [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] RNAが形作る相分離構造体 (2021)
  • Author(s): 山崎智弘、廣瀬哲郎
  • Journal Title: 生化学 Volume: 93 Pages: 385-390
  • NAID: 40022647432
• [Presentation] Formation mechanisms of SARS-CoV-2 viral RNPs with cellular host proteins (2023)
  • Author(s): 山崎 智弘、土井 理恵、廣瀬 哲郎
  • Organizer: 大阪大学先導的学際研究機構 RNAフロンティアサイエンス部門 第一回 RNA-FSシンポジウム RNA研究が拓く生命科学
• [Presentation] Biomolecular condensates scaffolded by RNAs: towards their theoretical and systematic understandings (2022)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hyura Yoshino, Hiro Takakuwa, Sylvie Souquere, Wakana Isshiki, Mizuki Iwata, Rie Doi, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 第23回日本RNA学会年会
• [Presentation] RNAを設計図とする非膜オルガネラの形成原理 (2022)
  • Author(s): 山崎 智弘、山本 哲也、吉野 彪羅、高桑 央、Sylvie Souquere、土井 理恵、岩田 瑞季、一色 和奏、中川 真一、Gerard Pierron、廣瀬 哲郎
  • Organizer: RNAフロンティアミーティング2022
• [Presentation] 理論と構成的アプローチを用いたRNAを足場とする非膜オルガネラの形成原理の解析 (2022)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hyura Yoshino, Hiro Takakuwa, Sylvie Souquere, Wakana Isshiki, Mizuki Iwata, Rie Doi, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 5回日本分子生物学会年会
• [Presentation] RNAs as scaffolds of biomolecular condensates: Lessons from paraspeckles scaffolded by NEAT1_2 lncRNAs (2022)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hiro Takakuwa, Hyura Yoshino, Wakana Isshiki, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: RNAフロンティアミーティング2021
• [Presentation] Paraspeckles are constructed as block copolymer micelles (2021)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 第22回日本RNA学会年会
• [Presentation] RNAs as scaffolds of biomolecular condensates: from LLPS to micellization (2021)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: MBSJ2021
• [Book] フロントランナー直伝 相分離解析プロトコール (2022)
  • Author(s): 山崎智弘、廣瀬哲郎（担当、分担執筆、範囲:レビュー編4:細胞内相分離におけるRNAの役割）
  • Total Pages: 247
  • Publisher: 羊土社
• [Book] セントラルドグマの新常識 (2022)
  • Author(s): 山崎智弘、山本哲也、廣瀬哲郎（担当、分担執筆、範囲:RNAの新常識6:細胞内構造体の骨格として働くRNA）
  • Total Pages: 264
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 相分離 メカニズムと疾患 (2021)
  • Author(s): 山崎智弘、廣瀬哲郎（担当：分担執筆、範囲：I. 核内の非膜オルガネラ 4. パラスペックル）
  • Total Pages: 221
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 月刊 細胞 (2021)
  • Author(s): 山本哲也、山崎智弘、二宮賢介、廣瀬哲郎（担当：分担執筆、範囲：RNA生物学とソフトマター物理学の融合による核内構造体の研究）
  • Total Pages: 76
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Remarks] Hirose Lab (RNA生体機能研究室)
  • URL: http://hirose-lab.com/
• [Remarks] 大阪大学大学院生命機能研究科 細胞ネットワーク講座 RNA生体機能研究室
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_group/detail/7
• [Remarks] RNAによる核内構造体形成の新たなしくみを発見
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1020