2022 Fiscal Year Research-status Report
グアニン四重鎖によるレトロトランスポゾン転移制御メカニズムの解明
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22K19297
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
塩田 倫史 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00374950)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西原 秀典 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10450727)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | グアニン四重鎖 / 脳機能 / ヘテロクロマチン / 神経疾患 / レトロトランスポゾン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトゲノムは半分ほどが「トランスポゾン(転移因子)」と呼ばれるゲノム内を動くことができる塩基配列で占められており、ゲノム構造の多様性と生物進化に大きな影響を与えている。中でもレトロトランスポゾン LINE-1 (Long Interspersed Nucleotide Element-1) は、自身の配列にコードされたタンパク質を使用して、自身のコピー配列を合成し、新たなゲノム領域に「転移する(増える)」ことができる唯一の自立型トランスポゾンである。興味深いことに、この「LINE-1 転移」は脳の神経前駆細胞で高頻度に観察されており、「脳の多様性(個性)」と「神経障害」の機能的二面性を生み出している可能性が指摘されている。しかしながら、 LINE-1 の転移メカニズムと神経機能の関連性は未解明である。本研究は、生物進化の原動力のひとつである転移因子「LINE-1」が引き起こす「脳の多様性」と「神経障害」の機能的二面性に着目し、その ON-OFF スイッチを核酸高次構造である「グアニン四重鎖（G4）構造」が担うことを実証する萌芽的研究である。
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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
研究代表者は、LINE-1 RNA の 3’UTR に形成される G4 構造が「逆転写不全」の原因であることを発見した。G4 構造はグアニンが豊富な配列領域で形成される核酸高次構造であり、 LINE-1 ORF2p 逆転写酵素による伸長を物理的に阻害する。従って、完全長である転移活性型 LINE-1 ssDNA の産生が減少し、断片化 LINE-1 ssDNA の産生が増加する。完全長 LINE-1 はさらなる転移による「多様性・生物進化」に繋がる。一方、研究代表者は細胞ストレスによる G4 構造の過形成により「逆転写不全」が亢進することで、断片化 LINE-1 ssDNA が産生増加し「神経障害」を引き起こすことを見出した。つまり、G4 構造が LINE-1 を介した多様性と神経障害の ON-OFF スイッチを担うと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) LINE-1 転移を評価できるレポーターアッセイを用いて「G4 逆転写スイッチ」を解析する。レポーターアッセイにより「逆転写不全」を評価する。2) いくつかの生物種における LINE-1 の 3’UTR 配列解析を行い、 G4 構造の形成と断片化 LINE-1 の転移頻度の相関に関するバイオインフォマティクス解析を行う。3) 物理化学的解析 (CD スペクトル、 RNase T1 フットプリントアッセイ) により LINE-1 における G4 構造の生物進化と構造形成の相関を検討する。4) in vitro 転写により各種 RNA を合成し RT-qPCR を行い、G4 構造形成と DNA 産生量の相関関係を解析する。
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[Journal Article] RNA G-quadruplex organizes stress granule assembly through DNAPTP6 in neurons2023
Author(s)
Asamitsu S., Yabuki Y., Matsuo K., Kawasaki M., Hirose Y., Kashiwazaki G., Chandran A., Bando T., Wang D.O., Sugiyama H., and Shioda N
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Journal Title
Science Advances eade2035
Volume: 9
Pages: eade2035
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Small molecule-based detection of non-canonical RNA G-quadruplex structures that modulate protein translation.2022
Author(s)
Katsuda Y, Sato SI, Inoue M, Tsugawa H, Kamura T, Kida T, Matsumoto R, Asamitsu S, Shioda N, Shiroto S, Oosawatsu Y, Yatsuzuka K, Kitamura Y, Hagihara M, Ihara T, Uesugi M.
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Journal Title
Nucleic Acids Res. 8143
Volume: 50
Pages: 8143-8153.
DOI
Peer Reviewed
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