ncRNA作動装置構築の分子動態解析基盤の開発

• 研究領域: ノンコーディングRNAネオタクソノミ
• 研究課題/領域番号: 26113007
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 泊 幸秀 東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (90447368)
• 研究分担者: 多田隈 尚史 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教 (10339707)
• 研究協力者: 佐々木 浩 ; YAO Chunyan ; 坪山 幸太郎 ; 増渕 岳也
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 172,900千円 (直接経費: 133,000千円、間接経費: 39,900千円); 2018年度: 34,060千円 (直接経費: 26,200千円、間接経費: 7,860千円); 2017年度: 34,060千円 (直接経費: 26,200千円、間接経費: 7,860千円); 2016年度: 34,060千円 (直接経費: 26,200千円、間接経費: 7,860千円); 2015年度: 33,930千円 (直接経費: 26,100千円、間接経費: 7,830千円); 2014年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)
• キーワード: 一分子イメージング / RNA干渉 / Argonaute / RISC / 生化学 / 生物物理学 / RNA / タンパク質 / small RNA / 一分子観察 / siRNA

研究成果の概要

RNA干渉を引き起こす本体であるRISCと呼ばれる複合体をモデルとして、ncRNA作動装置の形成と作用における分子ダイナミクスを、リアルタイムかつ定量的に一分子レベルで解析する技術の開発に成功した。これにより、RISCを構成するアルゴノートと呼ばれるタンパク質の形が、補助因子の助けを借りて大きく開かれた状態に変化し、小分子RNAを取り込んでやや開いた形で落ち着くまでのダイナミックな構造変化の過程や、RISCが標的RNAを素早く正確に見つけて切断するしくみなど、これまでの生化学的解析では調べることができなかった詳細な分子メカニズムが、一分子イメージングによって明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

RNA干渉は、任意の遺伝子の発現を簡便にシャットダウンできるため、基礎生物学だけではなく、医薬への応用も進められているが、その分子レベルでの詳細なメカニズムはまだ完全に理解されているとは言えない。本研究によって、RISC形成や標的切断における律速段階を高い精度で同定し、それを突破するような配列デザインや化学修飾を行うことができれば、より高い効率で作用する小分子RNAの合理的設計が可能になることが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)
• [国際共同研究] Michigan State University(米国)
• [国際共同研究] マサチューセッツ州立大学(米国)
• [雑誌論文] Iruka Eliminates Dysfunctional Argonaute by Selective Ubiquitination of Its Empty State (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Hotaka, Shoji Keisuke, Kiyokawa Kaori, Negishi Lumi, Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 73 号: 1 ページ: 119-129
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2018.10.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational Activation of Argonaute by Distinct yet Coordinated Actions of the Hsp70 and Hsp90 Chaperone Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuboyama K, Tadakuma H, Tomari Y
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 70 号: 4 ページ: 722-729
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2018.04.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pervasive yet nonuniform contributions of Dcp2 and Cnot7 to maternal mRNA clearance in zebrafish (2017)
  • 著者名/発表者名: Mishima Yuichiro、Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 22 号: 7 ページ: 670-678
  • DOI: 10.1111/gtc.12504
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ilencing messages in a unique way (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiro-oki Iwakawa and Yukihide Tomari,
  • 雑誌名: Nature Plants, 巻: 3 号: 10 ページ: 769-770
  • DOI: 10.1038/s41477-017-0028-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical and single-molecule analyses of the RNA silencing suppressing activity of CrPV-1A. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Iwakawa HO, Tadakuma H, Tomari Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: 45(18) 号: 18 ページ: 10837-10844
  • DOI: 10.1093/nar/gkx748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for arginine methylation-independent recognition of PIWIL1 by TDRD2. (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang H, Liu K, Izumi N, Huang H, Ding D, Ni Z, Sidhu SS, Chen C, Tomari Y, Min J.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A 巻: 114 号: 47 ページ: 12483-12488
  • DOI: 10.1073/pnas.1711486114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstitution of RNA Interference Machinery (2017)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Shintaro、Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Methods Mol Biol. 巻: - ページ: 131-143
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7339-2_9
  • ISBN: 9781493973385, 9781493973392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Molecule Analysis for RISC Assembly and Target Cleavage (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Hiroshi M., Tadakuma Hisashi, Tomari Yukihide
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 1680 ページ: 145-164
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7339-2_10
  • ISBN: 9781493973385, 9781493973392
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro reconstitution of chaperone-mediated human RISC assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Naruse Ken、Matsuura-Suzuki Eriko、Watanabe Mariko、Iwasaki Shintaro、Tomari Yukihide
  • 雑誌名: RNA 巻: 24 号: 1 ページ: 6-11
  • DOI: 10.1261/rna.063891.117
  • 査読あり
• [雑誌論文] The poly(A) tail blocks RDR6 from converting self mRNAs into substrates for gene silencing. (2017)
  • 著者名/発表者名: Baeg K, *Iwakawa HO, *Tomari Y.
  • 雑誌名: Nature Plants 巻: 3 号: 4 ページ: 17036-17036
  • DOI: 10.1038/nplants.2017.36
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Codon Usage and 3' UTR Length Determine Maternal mRNA Stability in Zebrafish (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Mishima, Yukihide Tomari
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 61(6) 号: 6 ページ: 874-85
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2016.02.027
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification and functional analysis of the pre-piRNA 3′ Trimmer in silkworms. (2016)
  • 著者名/発表者名: Izumi N, Shoji K, Sakaguchi Y, Honda S, Kirino Y, Suzuki T, Katsuma S, Tomari Y
  • 雑誌名: Cell 巻: 164 号: 5 ページ: 962-973
  • DOI: 10.1016/j.cell.2016.01.008
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Defining fundamental steps in the assembly of Drosophila RNAi enzyme complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Shintaro Iwasaki, Hiroshi M. Sasaki, Yuriko Sakaguchi, Tsutomu Suzuki, Hisashi Tadakuma, & Yukihide Tomari
  • 雑誌名: Nature 巻: NA 号: 7553 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1038/nature14254
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-molecule analysis of the target cleavage reaction by Drosophila RNAi enzyme complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Yao C, Sasaki HM, Ueda T, *Tomari Y, *Tadakuma H
  • 雑誌名: Molecular Cell (in press) 巻: - 号: 1 ページ: 125-132
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2015.05.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cryptic RNA-binding by PRC2 components EZH2 and SUZ12. (2015)
  • 著者名/発表者名: Betancur JG, *Tomari Y.
  • 雑誌名: RNA Biol. 巻: 12 号: 9 ページ: 959-65
  • DOI: 10.1080/15476286.2015.1069463
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elements and machinery of non-coding RNAs: toward their taxonomy (2014)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Hirose, Yuichiro Mishima, Yukihide Tomari
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 489-507
  • DOI: 10.1002/embr.201338390
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MicroRNAs block assembly of eIF4F translation initiation complex in Drosophila (2014)
  • 著者名/発表者名: #Takashi Fukaya, #Hiro-oki Iwakawa, *Yukihide Tomari, (#同等貢献)
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 56 号: 1 ページ: 67-78
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.09.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] The initial uridine of primary piRNAs does not create the tenth adenine that Is the hallmark of secondary piRNAs. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wang W, Yoshikawa M, Han BW, Izumi N, Tomari Y, Weng Z, Zamore PD
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 56 号: 5 ページ: 708-716
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2014.10.016
  • 査読あり
• [学会発表] Iruka ensures the quality of Argonaute by selective ubiquitination of its empty state. (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 穂高
  • 学会等名: 13th Microsymposium on Small RNA Biology
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational activation of Argonaute by distinct yet coordinated actions of the Hsp70 and Hsp90 (2018)
  • 著者名/発表者名: 坪山 幸太郎
  • 学会等名: The 2018 Gordon Research Conference
• [学会発表] Biochemical and biophysical dissection of RNA silencing (2018)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: Vienna RNA conference 2018 "RNA-REG: Tegulatory Circuits in RNA Biology"
  • 招待講演
• [学会発表] Iruka ensures the quality of Argonaute by selective ubiquitination of its empty state (2018)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: CSHA meeting on RNA Biology
  • 招待講演
• [学会発表] Assembly and function of the RNA silencing complex (2018)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: Temasek Life Sciences Laboratory Seminar Series
  • 招待講演
• [学会発表] Biochemical and biophysical dissection of RNA silencing pathways (2017)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: RNA as a guide - Barbados workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Single-molecule analysis of the RNA silencing pathways (2017)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: RNA 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Biochemical and biophysical dissection of RNA silencing pathways (2017)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: RNA Symposium 2017, Non-cording RNAs: Structure and Function
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dissection of RISC assembly and function by single-molecule imaging (2016)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: 8th International Conference on the Hsp90 Chaperone Machine
  • 発表場所: Seeon Abbey, Germany
  • 年月日: 2016-11-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surveillance of aberrant mRNAs by plant RDR6 (2016)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: The Complex Life of mRNA
  • 発表場所: EMBL Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2016-10-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A clade of plant AGO proteins prefer to bind DNA (rather than RNA) targets (2016)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: Regulatory & Non-Cording RNAs
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • 年月日: 2016-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification of “Trimmer” the pre-piRNA trimming enzyme in silkworms (2015)
  • 著者名/発表者名: 泊 幸秀
  • 学会等名: Microsymposium on small RNAｓ
  • 発表場所: IMBA, Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-05-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Defining fundamental steps in the assembly of Drosophila RNAi enzyme complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukihide Tomari
  • 学会等名: Joint Australia-Japan RNA Conference
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2014-11-02
  • 国際学会 / 招待講演