動物の生体における組織特異的mRNAプロセシングの進行過程の解明

• 研究課題/領域番号: 20H03181
• 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43010:分子生物学関連
• 研究機関: 琉球大学
• 研究代表者: 黒柳 秀人 琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (30323702)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2022年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: 線虫 / RNAプロセシング / mRNA前駆体 / 遺伝子発現 / 代謝標識 / 新生RNA / 組織特異性

研究開始時の研究の概要

真核生物のmRNA前駆体の選択的プロセシングはタンパク質の多様性を創出する重要な遺伝子発現機構であり、多細胞生物の多くの遺伝子で組織特異的な制御が見られる。本研究では、線虫の生体で組織特異的にRNAを濃縮する手法を開発し、組織特異的選択的プロセシングの概要を明らかにする。さらに、組織特異的制御因子の変異体を用いて同様の解析を行い、選択的mRNAプロセシングの制御機構を体系的に理解することを目指す。

研究実績の概要

本研究では、線虫の生体で組織特異的にRNAを代謝標識して濃縮する手法を開発し、主要組織におけるmRNAのRNA-seq解析を行って、線虫における組織特異的選択的プロセシングの概要を明らかにし、転写と共役したmRNAプロセシングの進行過程と組織特異的選択的プロセシングパターンとの関連性を明らかにして、この生物種における選択的mRNAプロセシングの制御機構を体系的に理解することを目指していた。そのために、線虫の個体レベルでの新生mRNAを4-チオウリジンまたは4-チオウラシルで代謝標識する手法の確立を行った。そして、mRNAの品質管理機構であるnonsense-mediated mRNA decay (NMD)が不全であるsmg-2変異体を用いて新生RNAを標識・精製し、長リード次世代シーケンサーであるNanopore MinIONを用いて全長RNA配列を直接シーケンシング解析し、野生型のmRNAとの比較を行った結果、正常ならNMDで分解されてしまうmRNAスプライスバリアントを発現する遺伝子259個を同定し、EMBO Journal誌に発表した。一方、ウラシルのサルベージ経路の酵素の変異体を入手あるいはゲノム編集で作製してスクリーニングし、そのうちの１つをコードする遺伝子の変異体では4-TUがほとんどRNAに取り込まれないことを見出しており、この変異体の特定の組織にcDNAを発現させることで、組織特異的に発現するレスキュー株を作製した。4-TUによる代謝標識と精製を行った結果、その組織特異的にmRNAが濃縮できることを確認し、線虫でTU-taggingができるとのコンセプトの証明をすることができた。さらに、組織特異的RNAの解析を進めている。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Pittsburgh Sch Medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Oslo(ノルウェー)
• [雑誌論文] Structure of the<i>Caenorhabditis elegans</i>m6A methyltransferase METT10 that regulates SAM homeostasis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ju Jue、Aoyama Tomohiko、Yashiro Yuka、Yamashita Seisuke、Kuroyanagi Hidehito、Tomita Kozo
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 51 号: 5 ページ: 2434-2446
  • DOI: 10.1093/nar/gkad081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simultaneous measurement of nascent transcriptome and translatome using 4-thiouridine metabolic RNA labeling and translating ribosome affinity purification (2023)
  • 著者名/発表者名: Imai Hirotatsu、Utsumi Daisuke、Torihara Hidetsugu、Takahashi Kenzo、Kuroyanagi Hidehito、Yamashita Akio
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 51 号: 14 ページ: e76-e76
  • DOI: 10.1093/nar/gkad545
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Alternative splicing of a single exon causes a major impact on the affinity of Caenorhabditis elegans tropomyosin isoforms for actin filaments (2023)
  • 著者名/発表者名: Ono Shoichiro、Watabe Eichi、Morisaki Keita、Ono Kanako、Kuroyanagi Hidehito
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 11 ページ: 1208913-1208913
  • DOI: 10.3389/fcell.2023.1208913
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ナンセンスコドン介在的mRNA分解（NMD）と共役した選択的スプライシングによる遺伝子発現の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: Hidehito Kuroyanagi
  • 雑誌名: 生化学 巻: 94 号: 6 ページ: 868-874
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2022.940868
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2022-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] m ⁶ A‐mediated alternative splicing coupled with nonsense‐mediated mRNA decay regulates SAM synthetase homeostasis (2021)
  • 著者名/発表者名: Watabe Eichi、Togo‐Ohno Marina、Ishigami Yuma、Wani Shotaro、Hirota Keiko、Kimura‐Asami Mariko、Hasan Sharmin、Takei Satomi、Fukamizu Akiyoshi、Suzuki Yutaka、Suzuki Tsutomu、Kuroyanagi Hidehito
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 40 号: 14
  • DOI: 10.15252/embj.2020106434
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of <i>Caenorhabditis elegans</i> homologue of human MOB4 compromises life span, health life span and thermotolerance (2021)
  • 著者名/発表者名: Jahan Momotaj、Iwasa Hiroaki、Kuroyanagi Hidehito、Hata Yutaka
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 26 号: 10 ページ: 798-806
  • DOI: 10.1111/gtc.12891
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Alternative splicing through m6A modification at a 3' splice site for SAM synthetase homeostasis (2021)
  • 著者名/発表者名: Eichi Watabe, Marina Togo-Ohno, Yuma Ishigami, Keiko Hirota, Akiyoshi Fukamizu, Yutaka Suzuki, Tsutomu Suzuki and Hidehito Kuroyanagi
  • 学会等名: 26th Annual Meeting of the RNA Society
  • 国際学会
• [学会発表] Alternative splicing through m6A modification at a 3’ splice site for SAM synthetase homeostasis (2021)
  • 著者名/発表者名: Eichi Watabe, Marina Togo-Ohno, Yuma Ishigami, Keiko Hirota, Akiyoshi Fukamizu, Yutaka Suzuki, Tsutomu Suzuki and Hidehito Kuroyanagi
  • 学会等名: 23rd International C. elegans Conference
  • 国際学会
• [図書] 遺伝学の百科事典 (2022)
  • 著者名/発表者名: 日本遺伝学会 黒柳秀人（分担執筆）
  • 総ページ数: 690
  • 出版者: 丸善出版
  • ISBN: 9784621306604
• [備考] 琉球大学大学院医学研究科生化学講座
  • URL: https://biochem.med.u-ryukyu.ac.jp/research/detail/120
• [備考] 東京医科歯科大学プレスリリース
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/files/topics/55271_ext_04_2.pdf
• [備考] 琉球大学大学院医学研究科生化学講座
  • URL: http://biochem.med.u-ryukyu.ac.jp/news/detail/975