2020 Fiscal Year Annual Research Report
Biochemical approaches to understanding the reaction platforms of the piRNA pathway
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18H05271
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
泊 幸秀 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (90447368)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | piRNA / nuage / P-body / 細胞内構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
piRNA生合成の細胞内反応場として、核膜の周りに存在するnuageという顆粒状の非膜構造体は古くから知られており、種間でも保存された機能を担っていると考えられている。一方、piRNAとは異なるクラスの小分子RNAであるmicroRNAの関連因子を多く含むP-bodyと呼ばれる細胞質内非膜構造体が、piRNA生合成にも関わっていることがマウスなどでは報告されているが、その詳細や意義はよく分かっていなかった。我々は、piRNA生合成機構を完全に保有しているカイコBmN4細胞を用いて、カイコのPIWIタンパク質の1つであるSiwiをはじめ、代表的なpiRNA因子の触媒活性をなくした変異体を細胞に導入し、超解像顕微鏡を用いて細胞内局在や動態の変化を詳しく観察した。その結果、カイコにおけるpiRNA生合成の新たな反応場として、P-bodyが重要な働きを果たしていることが分かり、それをpiP-bodyとして再定義した。nuageとpiP-bodyには、それぞれ異なるpiRNA関連因子群がクラスターを形成するような形で共局在しており、その間を行き来しているというダイナミックな様子が浮き彫りになってきた。さらに、このnuageとpiP-bodyの間のpiRNA因子の行き来を阻害すると、本来非自己であるトランスポゾンから作るべきpiRNAに加えて、自己のmRNA由来のpiRNAが間違って作られるようになってしまうということも明らかになった。このように、piRNA生合成には、細胞内反応場の「区画化」が重要な働きを果たしていることが明らかとなった。
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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
カイコにおけるpiRNA反応場として、これまでに良く知られていたnuageだけではなく、piP-bodyを新たに定義することに成功し、それら2つの異なる反応場の細胞内における区画化と、反応場間のダイナミックなpiRNA関連因子の動きが、トランスポゾンをサイレンシングするためのpiRNAの正確な生産に重要であるという生物学的意義を見いだせたことは、「反応場」に着目したpiRNA生合成経路の解明という当初の目的の1つを大きく達成するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
細胞内区画化の研究と並行して進めてきたこれまでの研究から、機能未知の因子群が、piRNAが相補的な標的を切断するエンドヌクレアーゼ活性を制御する可能性が示唆された。そこで、それらの活性の特性を、独自の試験管内系を用いて解析するとともに、因子の使い分けの機構や、種特異性についても検討を行う。 さらに、piRNAが生み出される領域(piRNAクラスター)が、ゲノムの中においてどのように定義されているのか、という大きな謎に答えるために、カイコにおける代表的なpiRNAクラスターの配列やゲノム配置を注意深く解析し、その特性を明らかにする。
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