| 研究領域 | 非ドメイン型バイオポリマーの生物学：生物の柔軟な機能獲得戦略 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05274
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅲ)
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中川 真一 北海道大学, 薬学研究院, 教授 (50324679)
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| 研究分担者 |
荒木 喜美 熊本大学, 生命資源研究・支援センター, 教授 (90211705)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
176,930千円 (直接経費: 136,100千円、間接経費: 40,830千円)
2025年度: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円)
2024年度: 26,390千円 (直接経費: 20,300千円、間接経費: 6,090千円)
2023年度: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)
2022年度: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)
2021年度: 70,720千円 (直接経費: 54,400千円、間接経費: 16,320千円)
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| キーワード | ncRNA / 超天然変性タンパク質 / ゲノム編集 / ノンコーディングRNA / ノックアウトマウス / 天然変性領域 / 選択的スプライシング / 4,5SH / lncRNA / 相分離 / Neat1 / パラスペックル / 4.5SH / UGS148 / Tanycyte / 超解像顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「重要な機能を持つRNAやタンパク質などの生体高分子の一次配列は、種間で高度に保存されている」。これが分子生物学の発展を支えてきた基本的なドグマです。ところが、種間で保存された配列や機能ドメインをほとんど持たないにもかかわらず、細胞内あるいは試験管内の反応で重要な分子機能を発揮することが確認された遺伝子産物が、近年相次いで報告されています。本研究では、一次配列から機能を予測することができないようなノンコーディングRNAや超天然変性タンパク質に注目し、それらのマウスの変異体を作製して表現型を解析することで、「非ドメイン型」遺伝子の生理機能を明らかにしてゆきます。
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| 研究実績の概要 |
Neat1のノックアウト（KO）マウスを用いて、その表現型解析を行った。本研究では、Neat1が形成するパラスペックルがストレス環境下で機能を発揮するという作業仮説のもと、KOマウスを高脂肪食、飢餓、高グルコース負荷、低温などの条件に曝露した。その結果、低温環境下においてNeat1 KOマウスのみが死亡することが明らかとなった。これを契機に、寒冷刺激で誘導される発熱細胞「ベージュ細胞」を先駆的に同定した北海道大学の岡松博士と共同研究を開始し、Neat1 KOマウスではベージュ細胞の分化が著しく阻害されることを見出した。寒冷刺激下ではNeat1の発現が一過的に上昇し、それに伴いパラスペックルが肥大化した。さらに、ベージュ細胞分化に関わる遺伝子の誘導がNeat1 KOマウスでは起こらず、これらの遺伝子座が寒冷刺激に応じてパラスペックルに接近することも判明した。これらの結果から、Neat1はパラスペックル形成を介して染色体構造を変化させ、低温時の遺伝子発現制御に寄与している可能性が示唆された。また、泊との共同研究により、非ドメイン型タンパク質の変異マウスで複数の胎生致死表現型を新たに同定し、その一つがスプライシング補助因子として機能することが明らかとなった。さらに、非ドメイン型RNAの変異体を新たに2系統作製し現在表現型解析を進めている。加えて、核内構造体カハールボディの機能解明を目的に、coilinタンパク質を欠損させたマウスを作製した。質量分析によりsnRNAの修飾の低下を確認したが、遺伝子発現やスプライシングへの影響は最小限だった。一方で、精巣では従来報告されていたサイズ低下に加え、高品質精子の割合低下が見られた。さらに、精子形成期の核ポケットにおいて、CBとは異なる新たなcoilin含有凝集体も同定され、coilinが複数の非膜オルガネラ形成に関与する可能性が示唆された。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本領域におけるこれまでの研究は、当初の予想を上回る成果を上げており、非ドメイン型RNAおよび非ドメイン型タンパク質の機能解明において重要な進展が見られている。とくに、複数の非ドメイン型RNAおよびタンパク質の変異体において明確な表現型が観察され、これまで「構造を持たないため機能がない」と見なされがちであった分子の生理的重要性を裏付ける結果が得られている。中でも、スプライシング制御に関与する新規の非ドメインタンパク質は、既知のスプライシング因子とは異なる独自の分子機構で機能しており、RNAプロセシング研究に新たな視点を提供している。また、Cajal bodyを形成することで知られるcoilinタンパク質が、精巣においてCajal bodyとは異なる新たな非膜オルガネラを形成していることを発見した点も特筆に値する。これは、細胞内区画形成におけるcoilinの多機能性を示す画期的な成果である。さらに、Neat1ノックアウトマウスが低温環境で特異的に死亡するという表現型に基づき、Neat1が寒冷刺激時の脂肪細胞分化を制御する新たな役割を担うことを示した論文は大きな反響を呼び、RNA誌の2024年度ジャーナルプライズにも選出された。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、引き続き非ドメイン型RNAおよび非ドメイン型タンパク質の変異体に対する表現型解析を精力的に進める予定である。特に、非ドメイン型タンパク質の一部がスプライシング制御に関与することが明らかになってきており、これらの分子機構をより詳細に解明するため、スプライシング依存的に蛍光発現が変化するレポーター遺伝子を新たに作製し、領域内のスプライシング研究者との連携により、定量的かつ可視化可能な解析系を構築する。非ドメインRNAに関しては、まず4.5S RNAIの変異体解析を進める。本RNAは重要なRNA制御に関わることが示唆されており、ノックアウトによって胎生致死が生じる可能性があるため、ES細胞レベルでの初期発生評価、それらの細胞を用いたRNAシークエンシング解析など、段階的なアプローチで機能解析を行う。加えて、非ドメインRNAが多数存在するクラスター領域を一括して欠失したlarge deletionマウスについては、ゲノム編集により導入された欠失領域がゲノムの他部位へ再挿入されていることが明らかとなっている。このため、再挿入を除去した純粋な欠失アレルを得るためにバッククロスを複数世代行い、目的のアレルのみを保持するマウス系統を確立する。確立後は、他の変異体と同様に、詳細な組織観察、生化学的解析、トランスクリプトーム解析などの標準的な表現型解析を行う予定である。
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