種間で保存されたRNAグアニン４重鎖構造のゲノムワイド解析法の確立

• 研究課題/領域番号: 18K11526
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 有己 大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (10511280)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: RNA / G4重鎖 / トランスクリプトーム / G４重鎖 / ゲノムワイド

研究成果の概要

近年の網羅的解析により、細胞内に発現するRNAの大多数がタンパク質をコードしない非コードRNA (ncRNA) であることが明らかとなった。G４重鎖は核酸中のグアニンに富んだ配列に形成される特殊な高次構造であり、ncRNA中に豊富に存在している可能性が近年指摘されている。しかし、生物学的意義や異なる種間での保存性、そのゲノム全体での規模など未解明な部分が多い。本研究では、比較構造情報解析を行うことで、従来見過ごされてきたncRNA中の種間で保存されたG４重鎖領域をゲノムワイドに同定することを最終目標とし、そのためG４重鎖を配列から分類するモデルを開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究を発展させることによって保存されたG４重鎖領域を網羅的に同定できれば、これを契機に作動装置を特定し、ひいてはncRNA中に埋め込まれたG４重鎖の生物学的意義を明らかにすることへとつながることが期待できる。G４重鎖はALSなどの神経変性疾患にも関与していることが明らかになりつつあるため、ncRNAの機能を規定する要素として保存されたG４重鎖領域を同定する本研究は、疾患病態を解明するための一里塚としても社会的意義に富んだ内容だと考える。

研究成果

• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [国際共同研究] コペンハーゲン大学(デンマーク)
• [雑誌論文] Alignment of single-cell trajectory trees with CAPITAL (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugihara Reiichi、Kato Yuki、Mori Tomoya、Kawahara Yukio
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 5972-5972
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33681-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RNA editing at a limited number of sites is sufficient to prevent MDA5 activation in the mouse brain (2021)
  • 著者名/発表者名: Jung In Kim, Taisuke Nakahama, Ryuichiro Yamasaki, Pedro Henrique Costa Cruz, Tuangtong Vongpipatana, Maal Inoue, Nao Kanou, Yanfang Xing, Hiroyuki Todo, Toshiharu Shibuya, Yuki Kato and Yukio Kawahara
  • 雑誌名: PLoS Genetics 巻: 17, 号: 5 ページ: e1009516-e1009516
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1009516
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutations in the adenosine deaminase ADAR1 that prevent endogenous Z-RNA binding induce Aicardi-Goutieres-syndrome-like encephalopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakahama Taisuke、Kato Yuki、Shibuya Toshiharu、Inoue Maal、Kim Jung In、Vongpipatana Tuangtong、Todo Hiroyuki、Xing Yanfang、Kawahara Yukio
  • 雑誌名: Immunity 巻: 54 号: 9 ページ: 1976-1988
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2021.08.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] DDAH1 as a novel regulator of oligodendrocyte differentiation in the central nervous system remyelination (2021)
  • 著者名/発表者名: Akiko Uyeda, Quan Lili, Yuki Kato, Nagaaki Muramatsu, Shogo Tanabe, Kazuhisa Sakai, Noritaka Ichinohe, Yukio Kawahara, Tatsunori Suzuki and Rieko Muramatsu
  • 雑誌名: GLIA 巻: 69 号: 11 ページ: 2591-2604
  • DOI: 10.1002/glia.24060
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Aicardi-Goutieres Syndrome-Causative Point Mutation in Adar1 Gene Invokes Multiorgan Inflammation and Late-Onset Encephalopathy in Mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Maal、Nakahama Taisuke、Yamasaki Ryuichiro、Shibuya Toshiharu、Kim Jung In、Todo Hiroyuki、Xing Yanfang、Kato Yuki、Morii Eiichi、Kawahara Yukio
  • 雑誌名: The Journal of Immunology 巻: 207 号: 12 ページ: 3016-3027
  • DOI: 10.4049/jimmunol.2100526
  • 査読あり
• [雑誌論文] Age-dependent decline in remyelination capacity is mediated by apelin-APJ signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Masumi Ito, Rieko Muramatsu, Yuki Kato, Bikram Sharma, Akiko Uyeda, Shogo Tanabe, Harutoshi Fujimura, Hiroyasu Kidoya, Nobuyuki Takakura, Yukio Kawahara, Masaki Takao, Hideki Mochizuki, Akiyoshi Fukamizu, Toshihide Yamashita
  • 雑誌名: Nature Aging 巻: 1 号: 3 ページ: 284-294
  • DOI: 10.1038/s43587-021-00041-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Comparative Analysis of ADAR Mutant Mice Reveals Site-Specific Regulation of RNA Editing (2020)
  • 著者名/発表者名: Pedro Henrique Costa Cruz, Yuki Kato, Taisuke Nakahama, Toshiharu Shibuya, Yukio Kawahara
  • 雑誌名: RNA 巻: 26(4) 号: 4 ページ: 454-469
  • DOI: 10.1261/rna.072728.119
  • 査読あり
• [雑誌論文] ADAR1 Regulates Early T Cell Development via MDA5-Dependent and -Independent Pathways (2020)
  • 著者名/発表者名: Vongpipatana T, Nakahama T, Shibuya T, Kato Y, Kawahara Y
  • 雑誌名: The Jorunal of Immunology 巻: 204(8) 号: 8 ページ: 2156-2168
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1900929
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bivartect: accurate and memory-saving breakpoint detection by direct read comparison (2020)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Shimmura, Yuki Kato and Yukio Kawahara
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 36 号: 9 ページ: 2725-2730
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btaa059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A comparative analysis among ADAR mutant mice reveals site-specific regulation of RNA editing (2019)
  • 著者名/発表者名: Pedro Henrique Costa Cruz, Yuki Kato, Taisuke Nakahama, Toshiharu Shibuya and Yukio Kawahara
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 822916
  • DOI: 10.1101/822916
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Alignment of time-course single-cell RNA-seq data with CAPITAL (2019)
  • 著者名/発表者名: Reiichi Sugihara, Yuki Kato, Tomoya Mori and Yukio Kawahara
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 859751 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1101/859751
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Myotube-derived factor promotes oligodendrocyte precursor cell proliferation (2018)
  • 著者名/発表者名: Akino Nakasone, Rieko Muramatsu, Yuki Kato, Yukio Kawahara and Toshihide Yamashita
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 500 号: 3 ページ: 609-613
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.04.118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ADAR1-mediated RNA editing is required for thymic self-tolerance and prevention of autoimmunity (2018)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Nakahama, Yuki Kato, Jung In Kim, Tuangtong Vongpipatana, Yutaka Suzuki, Carl Walkley and Yukio Kawahara
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: 19 号: 12
  • DOI: 10.15252/embr.201846303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 1細胞RNA-seqデータを用いた細胞状態遷移経路アラインメント法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 杉原 礼一, 加藤 有己, 森 智弥, 河原 行郎
  • 学会等名: RNA Frontier Meeting 2022
• [学会発表] シングルセルデータを用いた細胞動態解析アルゴリズムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己
  • 学会等名: NGS EXPO 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Deep learning-based prediction of potential RNA G-quadruplexes with D-Quartet (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kato, Kengo Sato, Jakob Hull Havgaard and Yukio Kawahara
  • 学会等名: 29th Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology and the 20th European Conference on Computational Biology (ISMB/ECCB2021)
  • 国際学会
• [学会発表] Prediction of RNA secondary structure including pseudoknots for long sequences (2021)
  • 著者名/発表者名: Kengo Sato and Yuki Kato
  • 学会等名: 第68回情報処理学会バイオ情報学研究会
• [学会発表] Alignment of complex single-cell trajectories with CAPITAL (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kato, Reiichi Sugihara, Tomoya Mori and Yukio Kawahara
  • 学会等名: 28th Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology (ISMB2020)
  • 国際学会
• [学会発表] CAPITALによるシングルセルデータの疑似時系列比較解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己, 杉原 礼一, 森 智弥, 河原 行郎
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 分岐を考慮した時系列シングルセルデータのアラインメント (2020)
  • 著者名/発表者名: 杉原 礼一, 加藤 有己, 森 智弥, 河原 行郎
  • 学会等名: 第61回情報処理学会バイオ情報学研究会
• [学会発表] ADAR1 regulates early T cell development via MDA5-dependent and -independent pathways (2019)
  • 著者名/発表者名: Taisuke Nakahama, Tuangtong Vogpipatana, Toshiharu Shibuya, Yuki Kato and Yukio Kawahara
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] A comparative analysis among ADAR mutant mice reveals site-specific regulation of RNA editing (2019)
  • 著者名/発表者名: Pedro Henrique Costa Cruz, Yuki Kato, Taisuke Nakahama, Toshiharu Shibuya and Yukio Kawahara
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] 畳み込みニューラルネットワークによるRNAグアニン４重鎖領域予測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己, 佐藤 健吾, Jakob Hull Havgaard, 河原 行郎
  • 学会等名: 第21回日本RNA学会年会
• [学会発表] 複雑な細胞運命比較のための時系列１細胞RNA-seqデータのアラインメント (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己, 杉原 礼一, 森 智弥, 河原 行郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 深層学習に基づくRNAグアニン４重鎖構造識別法の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己, 佐藤 健吾, Jakob Hull Havgaard, 河原 行郎
  • 学会等名: 第20回日本RNA学会年会
• [学会発表] 配列リード直接比較による高精度省メモリゲノム構造変異解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 有己, 新村 啓介, 河原 行郎
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会