Comprehensive understanding of mechanisms underlying the piRNA pathway
| Project/Area Number |
19H05466
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
塩見 美喜子 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (20322745)
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| Project Period (FY) |
2019-04-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥542,490,000 (Direct Cost: ¥417,300,000、Indirect Cost: ¥125,190,000)
Fiscal Year 2021: ¥104,650,000 (Direct Cost: ¥80,500,000、Indirect Cost: ¥24,150,000)
Fiscal Year 2020: ¥104,650,000 (Direct Cost: ¥80,500,000、Indirect Cost: ¥24,150,000)
Fiscal Year 2019: ¥135,200,000 (Direct Cost: ¥104,000,000、Indirect Cost: ¥31,200,000)
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| Keywords | piRNA / トランスポゾン / PIWI / RNAサイレンシング / 生殖 |
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| Outline of Research at the Start |
生殖組織特異的小分子RNAであるpiRNAはトランスポゾンの利己的転移を抑制することにより生殖ゲノムをDNA 損傷から守る。piRNAの機能欠失は生殖組織の発生・分化阻害、卵子・精子の形成不全、ひいては不妊を引き起こす。piRNAの発見以降、piRNA機構の動作原理を解明する研究は国内外で精力的に行われているが、全容解明には至っていない。そこで本研究ではこれまでに培った知識や手法、発想などを十分に生かした研究を展開することによってpiRNA研究の集大成に挑む。本研究の成果は、piRNA機構の統合的理解のみならず、生殖システムの包括的理解、自己・非自己の識別分子機構の理解、ひいては生殖医療へと繋がる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
[1] piRNA生合成因子Armitageに焦点を当てて解析を進めた結果、Armitageは、pre-Piwi-piRISC複合体の品質を見極め、それに結合することによってpre-Piwi-piRISC複合体のYb bodyからミトコンドリアへと誘導するとともに、ミトコンドリア上に位置するGasz/Daed複合体に結合することによってPiwi-piRISCのZucchini依存的な成熟化の足場として機能することを見出した。[2] OSC細胞から単離精製したPiwi-piRISCを結晶化しX線によってその立体構造を決定した。また、Piwiは他のPIWIメンバーと異なりSlicer活性を持たないが変異を導入した標的RNAを用いることによって、その進化的意義を明らかにした。[3] Piwi-piRISCが核でトランスポゾンを抑制する際に必須の因子としてMaelstromがある。OSCを用いた生化学的な解析からMaelstromはBrm依存的に発現するトランスポゾンの転写をBrmに相互作用し、トランスポゾン座位からRNA PolIIを減弱させる作用を持つことを示した。[4] Maelstromの下流で機能する因子としてEgglessがある。Egglessに対するモノクローナル抗体を作製し細胞内局在や機能に関して解析を進めた。[5] Maelstromは生殖細胞ではpiRNA生合成に必須である。その機能を解明すべくBombyx卵巣由来生殖細胞BmN4を用いて生化学的解析を進めた。[6] 生殖細胞piRNA生合成必須因子Papi及びVretenoに関して生化学的解析を進め、Papiのリン酸化とその機能の相関及びVretenoの機能を明らかにした。[7] OSCにおいてはping-pong機構因子は通常L(3)MBTによって制御されている。この制御に関わる新規因子を同定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
６.で示した研究概要のうち[1]に関しては学術論文でその成果を発表するに至った（Yamashiro et al. EMBO Rep. 2019）。本論文の筆頭著者である山城さんはこの研究成果で博士号（理学）を取得し、現在理研でpost doc研究員として活躍している。 [2] に関しても学術論文で研究成果を発表するに至った（Yamaguchi et al. Nature Comm. 2020）。これは東大大学院の濡木研究室との共同研究である。[3] に関しては現在投稿論文（Onishi et al. in revision）のリバイスを進めている。[4] に関しては学術論文でその成果を発表するに至った（Osumi et al. EMBO Rep. 2019）。[5] に関しては、現在投稿論文を準備中である。[6] Papiに関しては、そのリン酸化因子の同定を試みている。同時に、リン酸化反応のpiRNA生合成機構における重要性を明らかにしつつある。Vretenoに関してはAgo3-piRISCとともに二次Siwi-piRISCの生合成場であるAgo3 bodyを形成する因子であることを突き止めた。現在投稿論文(Sakakibara et al. in revision)のリバイスを行っている。 [7] に関しては、L(3)MBTのパートナー因子に対する抗体を用いてChIPなどを行うとともにその機能を進めているが、L(3)MBTパートナー因子の知見は今の所ほとんどなく新規性に富む。その他の計画も計画通りあるいはそれ以上の進展を示している。例えば、piRNA生合成因子のDaedのモノクローナル抗体に成功した。今後、その生化学的解析を進めるとともに、Daedと同様にミトコンドリアに局在するMinoの抗体作製にも取り掛かる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究計画は主に5項目からなる。[RP-1]生殖系体細胞におけるpiRNA生合成機構の解明に関しては、現在OSCのゲノム解読を進めており、これが完成したあかつきにはpiRNA mappingをあらためて行う。これによってこれまで未知であったpiRNAクラスタなどの発見に繋がることを期待する。piRNA生合成因子に関しては、未だ機能が不明なSoYB、Vret、Daed、Minoに焦点を当てその機能解析を進めるとともに、pre-Piwi-piRNAがYb bodyを離れミトコンドリアへと移行する過程及びその制御の仕組みを理解する。[RP-2]生殖細胞におけるpiRNA生合成機構の解明に関しては、現在BmN4のゲノム解読を進めており、これが完成したあかつきにはpiRNA mappingを行いpiRNAクラスタの同定を試みる。piRNA生合成因子に関しては、Papiの解析と並行して未だ機能が不明なSpn-E、Qinに焦点を当てその機能解析を進める。これまでの解析からnuageは少なくとも３種類に分類できることが判明した。その関係性や各nuage形成の要求性を分子レベルで理解する。[RP-3]生殖系体細胞のpiRNAによる転写制御機構の解明に関しては、特にGtsf1の機能を理解する解析を進める。これと並行して標的材に結合した状態のPiwi-piRISCの精製の条件検討に再チャレンジし、これに関わる新たな因子の同定を進める。[RP-4]piRNA因子の立体構造解析に関しては、特に複数のpiRNA生合成因子からなる複合体の立体構造解析を試みる。[RP-5]マウス胎児期生殖細胞のクロマチン動態の解析に関しては、標的とする興味深い因子が存在するため、その解析を進めるがまずその抗体作製に取りかかる。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
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[Journal Article] Crystal structure of Drosophila Piwi2020
Author(s)
Yamaguchi Sonomi、Oe Akira、Nishida Kazumichi M.、Yamashita Keitaro、Kajiya Asako、Hirano Seiichi、Matsumoto Naoki、Dohmae Naoshi、Ishitani Ryuichiro、Saito Kuniaki、Siomi Haruhiko、Nishimasu Hiroshi、Siomi Mikiko C.、Nureki Osamu
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 11
Pages: 1-13
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Nuclear RNA export factor variant initiates piRNA-guided co-transcriptional silencing2019
Author(s)
Murano, K., Iwasaki Y.W., Ishizu H., Mashiko, A., Shibuya, A., Kondo, S., Adachi, S., Suzuki, S., Saito, K., Natsume, T., Siomi, M.C., Siomi, H.
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Journal Title
EMBO Journal
Volume: 印刷中
Pages: 1-20
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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