2017 Fiscal Year Annual Research Report
顕微鏡と細胞特異的解析技術を基盤とした初期発生におけるｍＲＮＡ分解ライブセル解析
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16J02257
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
元村 一基 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | RNA分解 / 植物 / 生殖成長 / Decapping / 阻害剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多細胞生物の生殖や発生の過程で個々の細胞は大きく転写産物の構成を変えることが知られている。mRNA分解も、多数の遺伝子、あるいはそこに含まれる特定の機能に重要な遺伝子の分解制御に関わることが想定される。本研究では、植物初期発生において遺伝子発現制御の根幹をなす、mRNA分解制御の詳細な生理学的意義を解明することを目指している。
本年は初期発生過程のどこでDCP1 とDCP2 が働くのかをより詳細に解析するため、これらの遺伝子を任意のタイミングでノックアウト・ノックダウンできる2種類の植物を作出した。作出したノックアウト・ノックダウン植物を用いて、個体レベルにおけるDCP1またはDCP2の重要性を確認した。発芽前からノックアウト・ノックダウンを誘導することで発芽以降のRNA分解が異常となる状態の植物を観察したところ、意外なことにdcp1 またはdcp2 欠失変異体で見られたような致死性の表現型は観察されず、大きな異常は無く成長し続けた。この結果より、発芽以降の発生ステージにおいては、DCP1とDCP2が関与するRNA分解系は必須の働きを持っているわけではないことが示唆された。
これらの研究と並行して、転写阻害剤や翻訳阻害剤存在下で受精直後の胚珠の発達をイメージングしたところ、これらの阻害剤存在下では正常な助細胞胚乳融合現象が起きないことが明らかとなった。更に細胞周期阻害剤においても細胞融合が起きなかったことから、これらの現象が助細胞胚乳融合に必須の役割を持っていることが明らかとなった。この結果を論文にまとめ、国際誌に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、植物初期発生においてmRNA分解制御の生理学的意義を解明することを目指している。そのための第一歩として、本研究ではmRNA分解の場であるP-bodyとそこで機能するDCP1とDCP2が、初期発生においてどのような役割を果たすのか理解することを目的とする。具体的には、「どの細胞でどのmRNAを分解すること」が初期発生に重要なのかを明らかにする。また、並行してmRNA合成のボトルネックとなる転写制御や翻訳制御にも着目することで、植物初期発生における遺伝子発現制御の包括的な理解を目指している。
本年は遺伝子を任意のタイミングでノックアウト・ノックダウンできる植物を作出することで、DCP1 とDCP2 が初期発生過程のどこで働くのかを解析することに成功した。概要で示した結果より、発芽以降の発生ステージにおいては、DCP1とDCP2が関与するRNA分解系は必須の働きを持っているわけではないことが示唆された。この結果より、従来どんな細胞でもハウスキーピング的に働くと考えられていたRNA分解系は、実はより特定の発生段階で重要な働きを担っている可能性が明らかとなった。
dcp1とdcp2欠失変異体が発芽直後に致死であることも踏まえて考察すると、これらのタンパク質は胚発生後期から発芽直前までという非常に短い期間において特定のRNA分解を行うことで、致死性の回避を行っている可能性が高い。これらの結果を受けて、mRNAが発生段階でどのような役割を果たすのかについてを考察し、複数の学会に発表することができた。
これらの結果は、はじめに掲げた目標である、植物におけるmRNA分解制御の生理学的意義の解明における第一ステップであると考えている。
また、関連した論文も国際紙に発表しており、おおむね順調であると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
以上の研究結果より、RNA分解が植物初期発生の特定の段階で重要な働きを担うことが分かってきた。今後はこれらの発生段階における直接的なRNA分解ターゲットを同定するため、誘導系KO植物を用いて特定の組織を単離して増減するRNAについて調べる予定である。
そして最終的に何のRNAが分解されるのか、そしてそれがどうして致死の原因となるのかについて、多方面から本研究課題を遂行し、それらの結果をまとめて成果として報告することを目指す。
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