小分子RNAによるクロマチン制御を介した生殖ゲノム維持機構の全体像

• 研究課題/領域番号: 18H02421
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 岩崎 由香 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (80612647)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2018年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
• キーワード: 転写制御 / エピゲノム制御 / ゲノム高次構造 / 非コードRNA / RNAサイレンシング / 小分子RNA / 生殖組織 / 不妊 / トランスポゾン / 卵巣 / 転移因子 / 遺伝子発言調節 / ゲノム安定性 / クロマチン因子 / RNA結合タンパク質 / 遺伝子発現調節

研究成果の概要

PIWI-interacting RNA (piRNA) と呼ばれる小分子非コードRNAは、PIWIタンパク質群と複合体を形成してトランスポゾン配列を選択的に抑制することで、生殖組織の正常な発生を担保する。PIWI遺伝子欠損個体におけるトランスポゾン抑制能の消失は長期的には確かに転移の蓄積によるゲノムの不安定化を引き起こすと考えられるものの、ではなぜ、短期的にも培養細胞の死滅や不妊という重大な表現型をもたらすのだろうか？本研究では、培養細胞並びに個体を用いた実験により、Piwi-piRNAの機能不全が引き起こすエピゲノム変化を明らかにし、これが不妊の表現型に繋がる可能性を示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、Piwi-piRNA複合体はトランスポゾンの発現を抑制する際にダイナミックなクロマチン高次構造変化を伴うことを明らかにした。このことから、PIWI-piRNAによるトランスポゾンの転移抑制が不妊を回避するために必要であろうという従来のモデルに対し、PIWI-piRNA複合体が誘導するクロマチン構造がトランスポゾンの抑制と不妊の回避の両方に必須の役割を果たしている可能性を示唆することができた。これは将来的に不妊症が引き起こされる機構の科学的説明などにつながる知見であると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Hamster PIWI proteins bind to piRNAs with stage-specific size variations during oocyte maturation (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishino Kyoko、Hasuwa Hidetoshi、Yoshimura Jun、Iwasaki Yuka W、Nishihara Hidenori、Seki Naomi M、Hirano Takamasa、Tsuchiya Marie、Ishizaki Hinako、Masuda Harumi、Kuramoto Tae、Saito Kuniaki、Sakakibara Yasubumi、Toyoda Atsushi、Itoh Takehiko、Siomi Mikiko C、Morishita Shinichi、Siomi Haruhiko
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 5 ページ: 2700-2720
  • DOI: 10.1093/nar/gkab059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Production of functional oocytes requires maternally expressed PIWI genes and piRNAs in golden hamsters (2021)
  • 著者名/発表者名: Hasuwa Hidetoshi、Iwasaki Yuka W.、Wan Kin Au Yeung、Ishino Kyoko、Masuda Harumi、Sasaki Hiroyuki、Siomi Haruhiko
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2021.01.27.428354
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Nuclear RNA export factor variant initiates piRNA-guided co-transcriptional silencing (2019)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 印刷中 号: 17 ページ: 1-20
  • DOI: 10.15252/embj.2019102870
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nuclear RNA export factor variant initiates piRNA-guided co-transcriptional silencing (2019)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/605725
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Tbx6 Induces Nascent Mesoderm from Pluripotent Stem Cells and Temporally Controls Cardiac versus Somite Lineage Diversification. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sadahiro T, Isomi M, Muraoka N, Kojima H, Haginiwa S, Kurotsu S, Tamura F, Tani H, Tohyama S, Fujita J, Miyoshi H, Kawamura Y, Goshima N, Iwasaki YW, Murano K, Saito K, Oda M, Andersen P, Kwon C, Uosaki H, Nishizono H, Fukuda K, Ieda M
  • 雑誌名: Cell stem cell 巻: 23(3) 号: 3 ページ: 382-395
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.07.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Piwi-piRNA mediated silencing induces step-wise nuclear architectural changes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: JSDB/APDBN Symposium, Virtual conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nuclear architectural changes during the establishment of Piwi-piRNA mediated silencing (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of non-coding genome: Transposable element silencing by PIWI-piRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: ASMI BioInfo Summer 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact of Piwi-piRNA mediated transcriptional silencing on nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] ショウジョウバエPiwi-piRNAが制御する核内高次構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩崎由香，塩見春彦
  • 学会等名: RNAi研究会年会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: International Symposium for Female Researchers in Chromatin Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki, Haruhiko Siomi
  • 学会等名: 14th Asia Epigenome Meeting (AEM) / 3rd Taipei Epigenetics and Chromatin Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki, Haruhiko Siomi
  • 学会等名: Keystone Symposia: Small Regulatory RNAs
  • 国際学会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: RNAフロンティアミーティング2019
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki, Haruhiko Siomi
  • 学会等名: Keystone Symposia Conference - Small Regulatory RNAs
  • 国際学会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing-coupled changes of nuclear architecture in Drosophila (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki, Haruhiko Siomi
  • 学会等名: The 20th Takeda Science Foundation Symposium on Bioscience - RNA Neobiology
  • 国際学会
• [学会発表] Piwi-piRNAによるトランスポゾン抑制はNxf2を介した転写制御とヘテロクロマチン形成により引き起こされる (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎由香
  • 学会等名: 転移因子研究会 2018
• [学会発表] Nuclear RNA export factor variant triggers Piwi-piRNA-mediated co-transcriptional silencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuka W. Iwasaki
  • 学会等名: 2nd JAJ (Joint Australia-Japan/Japan-Australia Joint) RNA meeting
• [学会発表] Piwi-piRNAによるトランスポゾン抑制はNxf2を介した転写制御とヘテロクロマチン形成により引き起こされる (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎由香、村野健作、益子あかね、渋谷あおい、塩見春彦
  • 学会等名: 日本RNA学会年会
• [学会発表] Piwi-piRNA silencing is triggered by Nxf2 mediated transcriptional regulation prior to heterochromatin formation (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩崎由香、村野健作、益子あかね、渋谷あおい、塩見春彦
  • 学会等名: 第二回慶應ライフサイエンスシンポジウム