未知の核外輸送機構を短い環状RNAから解明する

• 研究課題/領域番号: 22K05565
• 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38060:応用分子細胞生物学関連
• 研究機関: 摂南大学
• 研究代表者: 芳本 玲 摂南大学, 農学部, 准教授 (70595652)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2024年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2022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: ノンコーディングＲＮＡ / スプライシング / circRNA / 4.5SH / SINE / ノンコーディングRNA

研究開始時の研究の概要

circRNAの多くは細胞質で機能するが、mRNAと比べて末端構造がないためその核外輸送機構には不明な点が多い。これまでの研究で、circRNAの核外輸送は長さに応じて異なる核外輸送経路で輸送されること、さらに短いcircRNAは未知の輸送経路で核外輸送されていることを見出した。本研究提案では細胞がcircRNAの長さを認識し、核外輸送する機構を解明する。さらに短いcircRNAの核外輸送と自然免疫応答と の関わりを通して細胞がcircRNAの核外輸送経路を使い分けることの意義を解明する。新規輸送経路の同定という基礎研究から、重要な疾患に関わる機能解析へと至る研究を提案したい。

研究成果の概要

本研究では、短い環状RNA（circRNA）の核外輸送機構を解明した。従来知られていたExportin-2依存経路とは異なる、mRNA様構造を持つcircRNAに特異的な輸送経路の存在を示唆する結果を得た。また、レトロトランスポゾン由来の4.5SH RNAが有害なエクソン化を抑制すること、およびその配列を内包した人工circRNAが高い安定性とスプライシング制御能を維持することを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、circRNAの長さに応じた核外輸送経路の選択機構を解明するものであり、RNA輸送の新規パラダイムを提示する。加えて、4.5SH由来人工circRNAによるスプライシング制御は、非コードRNA研究およびRNA制御技術に新たな展開をもたらす。スプライシング異常は神経疾患やがんの原因となる。本研究で得られた安定な人工circRNAは、標的エクソンを選択的に制御する新たなRNA創薬ツールとして応用可能であり、難治性疾患に対する新たな治療戦略につながる可能性がある。

研究成果

• [雑誌論文] SINE-derived short noncoding RNAs: their evolutionary origins, molecular mechanisms, and physiological significance (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Rei、Nakagawa Shinichi
  • 雑誌名: Frontiers in RNA Research 巻: 1 ページ: 1257775-1257775
  • DOI: 10.3389/frnar.2023.1257775
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Histidine N1-position-specific methyltransferase CARNMT1 targets C3H zinc finger proteins and modulates RNA metabolism (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimazu Tadahiro、Yoshimoto Rei、Kotoshiba Kaoru、Suzuki Takehiro、Matoba Shogo、Hirose Michiko、Akakabe Mai、Sohtome Yoshihiro、Sodeoka Mikiko、Ogura Atsuo、Dohmae Naoshi、Shinkai Yoichi
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 37 号: 15-16 ページ: 724-742
  • DOI: 10.1101/gad.350755.123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SAP30BP interacts with RBM17/SPF45 to promote splicing in a subset of human short introns (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukumura Kazuhiro、Sperotto Luca、Seu? Stefanie、Kang Hyun-Seo、Yoshimoto Rei、Sattler Michael、Mayeda Akila
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 12 ページ: 113534-113534
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113534
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Rei、Nakayama Yuta、Nomura Ikuko、Yamamoto Ikuko、Nakagawa Yumeka、Tanaka Shigeyuki、Kurihara Misuzu、Suzuki Yu、Kobayashi Takehiko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Araki Kimi、Nakagawa Shinichi
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 83 号: 24 ページ: 4479-4493
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.11.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] The production and secretion of tRNA-derived RNA fragments in the corn smut fungus Ustilago maydis (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto Rei、Ishida Fumiko、Yamaguchi Miyuki、Tanaka Shigeyuki
  • 雑誌名: Frontiers in Fungal Biology 巻: 3 ページ: 49-49
  • DOI: 10.3389/ffunb.2022.958798
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Shinichi、Yoshimoto Rei、Nakayama Yuta、Yamamoto Ikuko、Tanaka Shigeyuki、Kurihara Misuzu、Suzuki Yu、Kobayashi Takehiko、Kozuka-Hata Hiroko、Oyama Masaaki、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro、Araki Kimi
  • 雑誌名: Research Square 巻: -
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-1949270/v1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SAP30BP interacts with SPF45/RBM17 to promote splicing in a distinct subset of human short introns. (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Fukumura, L. Sperotto, H-S. Kang, S. Seuss, R. Yoshimoto, M. Sattler, A. Mayeda
  • 雑誌名: BioRxiv 巻: 2022 ページ: 522300-522300
  • DOI: 10.1101/2022.12.30.522300
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Truncated Form of the p27 Cyclin-Dependent Kinase Inhibitor Translated from Pre-mRNA Causes G₂-Phase Arrest (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaida Daisuke、Satoh Takayuki、Ishida Ken、Yoshimoto Rei、Komori Kanae
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 42 号: 11
  • DOI: 10.1128/mcb.00217-22
  • 査読あり
• [学会発表] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura, Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
• [学会発表] ヒスチジンN1-特異的なメチル化酵素CARNMT1はスプライシング因子U2AF1内のC3H型ジンクフィンガーをメチル化することによりスプライシングの正確性を保証する (2023)
  • 著者名/発表者名: Tadahiro Shimazu, Rei Yoshimoto, Kaoru Kotoshiba, Takehiro Suzuki, Mai Akakabe, Yoshihiro Sohtome, Mikiko Sodeoka, Naoshi Dohmae, Yoichi Shinkai
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura, Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Regulation of alternative splicing by short ncRNA (2022)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura,Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, and Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: CSHL meeting Regulatory & Noncoding RNA (Cold Spring Harbor, USA)
  • 国際学会
• [学会発表] The short noncoding RNA 4.5SH functions as an antidote for exonizations caused by the antisense insertions of retrotransposon SINE B1 during murine evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura,Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, and Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: RNA Society meeting 2022 (Boulder, USA)
  • 国際学会
• [学会発表] The 4.5SH noncoding RNA functions as an antidote for exonizations caused by the antisense insertions of retrotransposon SINE B1 during murine evolution (2022)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura,Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, and Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: 第23回日本RNA学会年会（みやこめっせ、京都市）
• [学会発表] 4.5SH RNA counteracts deleterious exonization of SINE B1 in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Rei Yoshimoto, Yuta Nakayama, Ikuko Nomura,Ikuko Yamamoto, Shigeyuki Tanaka, Misuzu Kurihara, Yu Suzuki, Takehiko Kobayashi, Hiroko Kozuka-Hata, Masaaki Oyama, Mari Mito, Shintaro Iwasaki, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose, Kimi Araki, and Shinichi Nakagawa
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia meeting on RNA Biology（Awaji, Japan）
  • 国際学会
• [産業財産権] 人工RNA分子 (2023)
  • 発明者名: 芳本玲、中川真一
  • 権利者名: 常翔学園・北海道大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2023
  • 取得年月日: 2023
  • 外国
• [産業財産権] 人工ＲＮＡ分子 (2022)
  • 発明者名: 芳本玲、中川真一
  • 権利者名: 芳本玲、中川真一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-076674
  • 出願年月日: 2022