多能性幹細胞におけるRNAレギュローム

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03418
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 山本 拓也 京都大学, iPS細胞研究所, 准教授 (60546993)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 多能性幹細胞 / RNA2次構造 / 転写後修飾

Outline of Annual Research Achievements

生命の設計図であるDNAを鋳型として合成されたmRNAの第一義的な役割は、細胞の機能や性質を司る多種多様なタンパク質を合成することである。最近の網羅的解析を含めた多くの研究により、mRNAの発現量を規定する分子メカニズムの解明は進んでいる。しかしながら、あらゆる生命現象の根幹をなすタンパク質の発現制御を理解するためには、mRNAの「量」の変化だけでなくmRNAの「質」の変化も理解することが必要である。本研究の目的は、多能性幹細胞特異的なmRNAの2次構造を同定し、その構造がどのように制御され、どのようにタンパク質の発現制御に関連するのかを統合的に解析し（RNAレギュローム）、mRNAの「質」的制御が細胞機能に及ぼす影響を解明することである。本年度は、細胞内でmRNAの2次構造を同定する手法の確立を目指した。まず、さまざまな化学プローブを用いて検討したところ、DMS（dimethyl sulfate）処理により、既知のRNA2次構造が再現よく同定できることが明らかとなった。また、次世代シーケンサーを用いた網羅的解析手法を確立し、複数の多能性幹細胞株(iPS細胞、ES細胞)でのRNA2次構造の同定を行った。結果、複数の遺伝子の非翻訳領域に、多能性幹細胞特異的なRNA2次構造が存在し、その2次構造がタンパク質翻訳へ影響を与える可能性があることを示した。また、それらの多能性幹細胞特異的なRNA2次構造はスプライシング制御とも密接に関連することも明らかとなった。このことは、転写後修飾と翻訳制御に直接的な関係があることを示唆するものである。今後、インフォマティクス手法等を改良し、さらに精度の高いRNA2次構造の同定を試みる。また、種（マウスおよびヒト）を超えて保存された多能性幹細胞特異的2次構造や種特異的な2次構造を同定し、それぞれどのような特徴があるのかを解析する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、多能性幹細胞におけるRNA2次構造を網羅的に同定する手法を確立し、多能性幹細胞特異的RNA2次構造の同定に成功した。さらに、転写後修飾のひとつであるスプライシング制御とRNA2次構造の関連性を示唆するデータも得ており、初年度の目標は達成できている。

Strategy for Future Research Activity

今後、特定の場所の2次構造をより解像度よく明らかにする手法の確立を行うとともに、インフォマティクス手法等を改良し、さらに精度の高いRNA2次構造の同定を試みる。また、種（マウスおよびヒト）を超えて保存された多能性幹細胞特異的2次構造や種特異的な2次構造を同定し、それぞれどのような特徴があるのかを解析する。さらに、多能性維持に必要なRNA2次構造を明らかにし、その制御メカニズムに迫ることを目指す。