細胞内相分離を誘導するタンパク質の大規模探索と誘導機構の解明

• Project Area: Multifaceted Proteins: Expanding and Transformative Protein World
• Project/Area Number: 23H04258
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (III)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山崎 智弘 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 准教授 (90732280)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2024: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 細胞内相分離 / タンパク質 / RNA結合タンパク質 / RNA / 構成的アプローチ / 天然変性領域 / 非膜性構造体 / ハイコンテントスクリーニング / MCPタンパク質ライブラリー / 天然変性タンパク質

Outline of Research at the Start

相分離により構築される非膜性構造体は、細胞内の混雑した環境で、特定の分子を集約した区画を作り出すことで、様々な細胞内プロセスにおいて重要な役割を果たす。しかし、こうした非膜性構造体形成の核となり、性質や機能を規定する細胞内相分離を理解する上で要となるタンパク質の全体像は明らかになっていない。そこで、本研究では、独自に確立した人工構造体実験系を用いて、非膜性構造体の形成を先導するタンパク質を大規模に探索する。さらに、同定したタンパク質の構造体誘導メカニズムを明らかにする。こうした解析から、細胞内相分離誘導というタンパク質の機能側面についてそのルールを系統的に明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

相分離により構築される非膜性構造体は、細胞内の混雑した環境で、特定の分子を集約した区画を作り出すことで、様々な細胞内プロセスにおいて重要な役割を果たす。こうした非膜性構造体には、多数のタンパク質が局在しているが、構造体の形成に必須のものはそのうちの一握りであることがこれまでの研究から明らかになっている。しかし、こうした非膜性構造体形成の核となり、性質や機能を規定する細胞内相分離を理解する上で要となるタンパク質の全体像は明らかになっていない。そこで、本研究では、独自に確立した人工非膜性構造体実験系を用いて、非膜性構造体の形成を先導するタンパク質を大規模に探索する。さらに、同定したタンパク質の構造体誘導メカニズムを明らかにする。こうした解析から、細胞内相分離誘導というタンパク質の機能側面についてそのルールを系統的に明らかにする。こうした目的のため、本年度は、昨年度作成し、拡張した600種類に及ぶMCP融合タンパク質を用いたスクリーニングを実施し、構造体誘導体の核となるタンパク質のリストを得ることができた。こうして得られたタンパク質について、特徴によって分類を行い、共通する特徴を複数見出すことに成功した。さらに、同定したタンパク質の変異体（約800種類）について、どういったドメインがこうした活性を担うのかそのメカニズムを解析し、多くの構造体形成に重要なドメインの同定並びに、その共通点について見出すことができた。また、多数の疾患関連変異についてもこの実験系を用いて解析を行った。その結果、多くの構造体形成に影響を与える変異を同定することができ、さらに、その変異がなぜ構造体形成に影響を及ぼすかについてメカニズムの解析を行った。

Research Progress Status

令和6年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和6年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CNRS/UMS 3655, AMMICA(フランス)
• [Int'l Joint Research] CNRS/UMS 3655, AMMICA(フランス)
• [Journal Article] Biophysical Aspect of Assembly and Regulation of Nuclear Bodies Scaffolded by Architectural RNA (2025)
  • Author(s): Yamamoto Tetsuya、Yamazaki Tomohiro、Ninomiya Kensuke、Nakagawa Shinichi、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 437 Issue: 9 Pages: 169016-169016
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2025.169016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Blocky proline/glutamine patterns in the SFPQ intrinsically disordered region dictate paraspeckle formation as a distinct membraneless organelle (2025)
  • Author(s): Takakuwa Hiro、Yoda Takao、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2025.02.21.639608
• [Journal Article] Huntingtin is an RNA binding protein and participates in <i>NEAT1</i> -mediated paraspeckles (2024)
  • Author(s): Yadav Manisha、Harding Rachel J.、Li Tiantian、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Prinos Panagiotis、Tippett Lynette、Turner Clinton、Curtis Maurice A.、Faull Richard L.M.、Pouladi Mahmoud A.、Pearson Christopher E.、He Housheng Hansen、Arrowsmith Cheryl H.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 10 Issue: 29 Pages: 5264-5264
  • DOI: 10.1126/sciadv.ado5264
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Terminal regions of UAP56 and URH49 are required for their distinct complex formation functioning to an essential role in mRNA processing and export. (2024)
  • Author(s): K-I. Fujita, T. Yamazaki, A. Mayeda, S. Masuda
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 703 Pages: 149682-149682
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2024.149682
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural differences between the closely related RNA helicases, UAP56 and URH49, fashion distinct functional apo-complexes. (2024)
  • Author(s): K-I. Fujita, M. Ito, M. Irie, K. Harada, N. Fujiwara, Y. Ikeda, H. Yoshioka, T. Yamazaki, M. Kojima, B. Mikami, A. Mayeda, S. Masuda
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 15 Issue: 1 Pages: 455-455
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44217-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • Author(s): Yoshimoto Rei、Nakayama Yuta、Nomura Ikuko、Yamamoto Ikuko、Nakagawa Yumeka、Tanaka Shigeyuki、Kurihara Misuzu、Suzuki Yu、Kobayashi Takehiko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Araki Kimi、Nakagawa Shinichi
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 83 Issue: 24 Pages: 4479-4493
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.11.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nascent ribosomal RNA act as surfactant that suppresses growth of fibrillar centers in nucleolus (2023)
  • Author(s): Yamamoto Tetsuya、Yamazaki Tomohiro、Ninomiya Kensuke、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1129-1129
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05519-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Shell protein composition specified by the lncRNA NEAT1 domains dictates the formation of paraspeckles as distinct membraneless organelles (2023)
  • Author(s): Takakuwa Hiro、Yamazaki Tomohiro、Souquere Sylvie、Adachi Shungo、Yoshino Hyura、Fujiwara Naoko、Yamamoto Tetsuya、Natsume Tohru、Nakagawa Shinichi、Pierron Gerard、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 25 Issue: 11 Pages: 1664-1675
  • DOI: 10.1038/s41556-023-01254-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Satellite RNAs: emerging players in subnuclear architecture and gene regulation (2023)
  • Author(s): Ninomiya Kensuke、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: The EMBO Journal Volume: 42 Issue: 18
  • DOI: 10.15252/embj.2023114331
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formation and Function of Phase-Separated Nuclear Bodies Directed by Architectural Noncoding RNA (2023)
  • Author(s): Takakuwa Hiro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro
  • Journal Title: Phase Separation in Living Cells (Chapter) Volume: . Pages: 133-156
  • DOI: 10.1007/978-981-99-4886-4_8
  • ISBN: 9789819948857, 9789819948864
• [Presentation] 細胞内非膜オルガネラの形成を誘導するタンパク質の大規模探索 (2024)
  • Author(s): 山崎智弘
  • Organizer: 第24回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] Micellization of block copolymers: A new principle in the formation of biomolecular condensates with RNA scaffolds (2024)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Ichiro Taniguchi, Sota Umezaki, Hiro Takakuwa, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: International symposium on mechanical control of biological self-organization
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mapping of the NEAT1_2 lncRNA domains that define the micelle structure and morphology of paraspeckles (2024)
  • Author(s): Sota Umezaki, Tomohiro Yamazaki, Hiro Takakuwa, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 第24回日本RNA学会年会
• [Presentation] 非膜性構造体の形成と機能に関わるlncRNAエレメントの解明 (2024)
  • Author(s): 山崎智弘
  • Organizer: RNAインフォマティクス道場
• [Presentation] Large-scale identification of proteins that initiate the formation of bimolecular condensates in cells (2024)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki
  • Organizer: International Symposium on Multifaceted Protein Dynamics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Formation Mechanisms and Molecular Bases:Biomolecular Condensates with RNA Scaffolds (2024)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki
  • Organizer: IPR seminar, The 8th LLPS Symposium/ The Biophysical Society of Japan Joint Seminar “Toward establishing LLPS research systems”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The Formation Mechanisms & Molecular Bases of Biomolecular Condensates with RNA Scaffolds (2024)
  • Author(s): Tomohiro Yamazaki
  • Organizer: Paraspeckles and Condensates Symposium (2nd Internatinal Paraspeckle Focused Symposium)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Biomolecular condensates scaffolded by RNAs: Towards a theoretical and systematic understanding of their formation and function (2023)
  • Author(s): Tomohiro Yamzaki, Tetsuya Yamamoto, Hyura Yoshino, Hiro Takakuwa, Sylvie Souquere, Wakana Isshiki, Mizuki Iwata, Rie Doi, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 28th Annual Meeting of the RNA Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Large-scale identification of RNA-binding proteins that initiate the formation of biomoleuclar condensates in cells (2023)
  • Author(s): Tomohiro Yamzaki, Doi Rie, Mizuki Iwata, Wakana Isshiki, Hiro Takakuwa, Tetsuro Hirose
  • Organizer: 第24回日本RNA学会年会
• [Presentation] Large-scale identification of RNA-binding proteins that initiate the formation of biomoleuclar condensates in cells (2023)
  • Author(s): 山崎智弘
  • Organizer: 第1回関西RNA club
  • Invited
• [Presentation] 物理理論と構成的アプローチを用いたRNAを足場とする非膜性構造体の作動原理の理解 (2023)
  • Author(s): 山崎智弘、山本哲也、高桑央、吉野彪羅、Sylvie Souquere、土井理恵、岩田瑞季、一色和奏、梅崎創太、中川真一、Gerard Pierron、廣瀬哲郎
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] パラスペックルのミセル構造と形態を規定するNEAT1_2 RNAドメインマッピング (2023)
  • Author(s): 梅崎創太、山崎智弘、高桑央、廣瀬哲郎
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Book] “情報”から“マテリアル”へ ノンコーディングRNA研究（分担執筆）「非膜オルガネラの骨格として働くarcRNA」 (2024)
  • Author(s): 山崎智弘、廣瀬哲郎
  • Total Pages: 205
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758104210
• [Remarks] Hirose Lab
  • URL: https://hirose-lab.com/
• [Remarks] RNA生体機能研究室
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_group/detail/7
• [Remarks] 生成中のRNAは核小体の内部構造を制御する「界面活性剤」として働く
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1076
• [Remarks] 膜を持たないオルガネラが混じり合わずに存在できるしくみを解明
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1074
• [Remarks] ヒトゲノムの繰り返し配列から作られるRNAとその反復のなせる技
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1068