2021 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 / GTSF1 / 反応場 / 細胞内構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、遺伝学的スクリーニングと、タンパク質-タンパク質相互作用の探索によって、膨大な数のpiRNA関連因子が存在することが明らかになっている、その中で生化学活性が特定されているものは、我々が発見したpiRNA成熟のためのエクソヌクレアーゼTrimmerや、その前段階ではたらくエンドヌクレアーゼZucchiniを含めてごく少数に限られている。我々は、アメリカの研究室との共同研究と独自の生化学系の利用によって、GTSF1 (Gametocyte Specific Factor 1)と呼ばれる因子が、PIWIタンパク質と相互作用し、その標的RNA切断活性を大きく向上させる機能を持っているということを見いだした。さらに、別のアメリカの研究室との共同研究により、RNase κ と呼ばれるミトコンドリアに局在するヌクレアーゼが、piRNAの効率的な生産に重要であることを発見した。また、piRNA関連の新規因子を探索する解析を通じて、カイコが持つ2つのPIWIタンパク質、SiwiとBmAgo3のうち、BmAgo3をノックダウンした時だけ、Siwiと特異的に相互作用する機能未知の新規因子を発見した。さらには、次世代シーケンサーを駆使することにより、カイコBmN4細胞ゲノムの中に存在する最も代表的なpiRNAクラスターであるtorimochiの配列および性状解析を進めた。また、piRNA経路と同様に、トランスポゾンやウイルスなどの遺伝的侵略者からゲノムを守る役割を果たしているsiRNA経路については、その生合成において重要な働き果たすDicer(ショウジョウバエ由来のDicer-2)が長い二本鎖RNAを切断しながらsiRNAを次々と産生してゆく過程を一分子レベルで観察することに成功し、従来提案されていたモデルに修正を与えることとなった。
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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
piRNA経路に関連するとされる膨大な数の因子の中で、生化学的な機能がきちんと同定されたものはごく一部に限られている。RNase κ は、piRNA生合成にかかわることが新規に見いだされたヌクレアーゼであり、piRNA生合成の生化学的理解大きく前進させるものである。さらに、GTSF1は、PIWIタンパク質も含めた大きなArgonauteファミリータンパク質のRNA切断活性を制御する初めての補助因子であり、その意義は大きい。また、piRNA経路と関連が深いsiRNA経路についても、一分子イメージングを駆使した大きな研究の進展が見られ論文として発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
カイコに複数存在するGTSF1のホモログ(Gtsf1およびGtsf1-like)と、2つのPIWIタンパク質ホモログ(SiwiとAgo3)との間に存在する生化学的関係性を検証し、その協調的作用がpiRNA産生に与える影響を解析する。さらに、Siwiをノックダウンした際にのみ特異的にAgo3に結合する新規因子についても、そのpiRNApiRNA産生に与える影響や、相互作用する因子の探索を行う。また、カイコBmN4細胞の代表的なpiRNAクラスターであるtorimochiについては、複数種類の次世代シーケンサーを組み合わせることにより、周辺領域も含めた正確な配列の決定および性状解析を行い、他のトランスポゾンの配列や性状と大規模に比較する。
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