代謝酵素遺伝子ノンコーディングmRNAの食餌による発現制御機構の解明

• 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: 17H05596
• 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: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 黒柳 秀人 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (30323702)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: ノンコーディングmRNA / 遺伝子発現制御 / 品質管理機構 / NMD / 選択的スプライシング / 線虫 / 食餌 / アミノ酸代謝酵素 / RNAプロセシング / 代謝 / 微生物 / RNA品質管理 / アミノ酸代謝

研究実績の概要

１．線虫のS-アデノシルメチオニン（SAM）合成酵素をコードするsams-3遺伝子のノンコーディングmRNAを発現する選択的スプライシング制御を可視化する蛍光レポーター線虫を作製し、SAM合成酵素自身のノックダウンや飢餓によってレポーターの発現が変動することを確認した。sams-3のノンコーディングmRNAを誘導する食餌の大腸菌中の成分の特定を進めており、界面活性剤不溶性タンパク質性の成分が寄与していることを見出した。
２．線虫の細胞質リボソームタンパク質をコードする82個のrp遺伝子のうち8個について、ノンコーディングmRNAを産生するような選択的スプライシングを受けることで発現量の恒常性が維持されていることを見出した。そのうち、L10aタンパク質がL10AREと命名したイントロン内の作動エレメントに直接結合することで選択的スプライシングを自己制御すること、その機構が哺乳類にまで進化的に保存されていることを報告した。
３．線虫のRNA結合タンパク質PTB-1が哺乳類の相同遺伝子と同様に自身のmRNA前駆体の選択的スプライシングを制御してノンコーディングmRNAを産生させることで発現量を負に自己制御していることを見出した。東京大学理学系研究科の飯野雄一教授らとの共同研究により、スプライシング制御因子ASD-1, FOX-1, PTB-1, UNC-75が協働してインスリン受容体をコードするdaf-2遺伝子のエクソン11.5の神経細胞種特異的な選択的スプライシングを制御し、ASER細胞におけるこのエクソンの制御が飢餓時の記憶の形成に必要であることを明らかにした。
４．線虫のmRNAプロセシング制御（組織特異性、発生段階依存性、ノンコーディングmRNAの産生と品質管理による発現量の制御、遺伝学的解析方法、他の生物との比較など）についての総説を発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Emory University/Indiana University(米国)
• [国際共同研究] Emory University(米国)
• [国際共同研究] University of California, Los Angeles(米国)
• [国際共同研究] Indiana University School of Medicine(米国)
• [雑誌論文] Alternative splicing of the Caenorhabditis elegans lev-11 tropomyosin gene is regulated in a tissue-specific manner (2018)
  • 著者名/発表者名: Watabe Eichi、Ono Shoichiro、Kuroyanagi Hidehito
  • 雑誌名: Cytoskeleton 巻: 75 号: 10 ページ: 427-436
  • DOI: 10.1002/cm.21489
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation of the RSRSP stretch is critical for splicing regulation by RNA-Binding Motif Protein 20 (RBM20) through nuclear localization (2018)
  • 著者名/発表者名: Rie Murayama, Mariko Kimura-Asami, Marina Togo-Ohno, Yumiko Yamasaki-Kato, Taeko K. Naruse, Takeshi Yamamoto, Takeharu Hayashi, Tomohiko Ai, Katherine G. Spoonamore, Richard J. Kovacs, Matteo Vatta, Mai Iizuka, Masumi Saito, Shotaro Wani, Yuichi Hiraoka, Akinori Kimura & Hidehito Kuroyanagi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 8970-8983
  • DOI: 10.1038/s41598-018-26624-w
  • NAID: 120007031665
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tropomyosin isoforms differentially affect muscle contractility in the head and body regions of the nematode Caenorhabditis elegans (2018)
  • 著者名/発表者名: Barnes Dawn E.、Watabe Eichi、Ono Kanako、Kwak Euiyoung、Kuroyanagi Hidehito、Ono Shoichiro
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 29 号: 9 ページ: 1075-1088
  • DOI: 10.1091/mbc.e17-03-0152
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Alternative Splicing Regulator RBM20 and Cardiomyopathy (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Takeshi、Kimura Akinori、Kuroyanagi Hidehito
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Biosciences 巻: 5 ページ: 105-105
  • DOI: 10.3389/fmolb.2018.00105
  • NAID: 120007150215
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphorylation of the RSRSP stretch is critical for splicing regulation by RNA-Binding Motif Protein 20 (RBM20) through nuclear localization (2018)
  • 著者名/発表者名: Rie Murayama, Mariko Kimura-Asami, Marina Togo-Ohno, Yumiko Yamasaki-Kato, Taeko K. Naruse, Takeshi Yamamoto, Takeharu Hayashi, Tomohiko Ai, Katherine G. Spoonamore, Richard J. Kovacs, Matteo Vatta, Mai Iizuka, Masumi Saito, Shotaro Wani, Yuichi Hiraoka, Akinori Kimura and Hidehito Kuroyanagi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 印刷中
  • NAID: 120007031665
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An emerging model organism Caenorhabditis elegans for alternative pre-mRNA processing in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Shotaro Wani & Hidehito Kuroyanagi
  • 雑誌名: Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA 巻: 印刷中 号: 6
  • DOI: 10.1002/wrna.1428
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] トロポミオシンをコードするlev-11遺伝子の選択的スプライシング制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒柳秀人
  • 学会等名: 東京地区線虫勉強会
• [学会発表] 動物個体におけるmRNA前駆体プロセシング動態の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部栄地，黒柳秀人
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide Kinetic Analysis of Pre-mRNA Processing in Living Animals (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部栄地，黒柳秀人
  • 学会等名: 線虫研究の未来を創る会
• [学会発表] Genome-Wide Kinetic Analysis of Pre-mRNA Processing in Living Animals (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡部栄地
  • 学会等名: 東京地区線虫勉強会
• [学会発表] C. elegans代謝関連遺伝子のスプライシング制御における食餌の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和仁翔太郎
  • 学会等名: 東京地区線虫勉強会
• [学会発表] 個体レベルで行うmRNA前駆体プロセシングの動態の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部栄地、黒柳秀人
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] C. elegans代謝関連遺伝子のスプライシング制御における食餌の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和仁翔太郎、黒柳秀人
  • 学会等名: 第19回日本RNA学会年会
• [学会発表] Genome-wide kinetic analysis of pre-mRNA processing in living animals (2017)
  • 著者名/発表者名: Eichi Watabe, Hidehito Kuroyanagi
  • 学会等名: CSHL Meeting on 40 YEARS OF mRNA SPLICING: FROM DISCOVERY TO THERAPEUTICS
• [学会発表] 個体レベルで行う mRNA前駆体プロセシングの動態の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡部栄地、黒柳秀人
  • 学会等名: ConBio2017（2017年度生命科学系学会合同年次大会）
• [図書] 遺伝子発現制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村隆明、浦聖惠（編）
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807909179
• [備考] 東京医科歯科大学難治疾患研究所フロンティア研究室遺伝子発現制御学
• [備考] フロンティア研究室 遺伝子発現制御学
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/end/
• [備考] 「ノンコーディングRNAネオタクソノミ」研究成果紹介
  • URL: https://ncrna.jp/blog/item/370-rouge
• [備考] みらいぶプラス
  • URL: https://www.milive-plus.net/newleader/049/