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2011 年度 実績報告書

小分子RNA作用マシナリーの中核因子Argonauteの解析

計画研究

研究領域非コードRNA作用マシナリー
研究課題/領域番号 21115002
研究機関東京大学

研究代表者

泊 幸秀  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (90447368)

研究分担者 塩見 美喜子  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20322745)
キーワード遺伝子 / 発現制御 / 核酸 / 蛋白質
研究概要

AGOサブファミリーについては、ヒトにおけるRNAサイレンシング現象の主体であるArgonaute2 (Ago2)に着目し、そのNドメインの系統的変異導入ライブラリーを作成し、RISC形成能(二本鎖RNAのAgoへの取り込み、およびAgo内でのRNA鎖のひきはがしと一本鎖化)と標的切断能に関して定量的な解析を行った。その結果、NドメインはヒトAg2への二本鎖RNAの積み込みには必要ないものの、その後の二本鎖RNAの一本鎖化の過程において重要な役割を果たしているということがアキラかとなり、Nドメインが小分子RNA二本鎖に「くさび」を打ち込むことによって、二本のくさりを解離させるというもんでるを提唱した。また、ショウジョウバエAgo2についても、同様にNドメインに系統的変異を導入したところ、ヒトAgo2とは異なり、二本鎖RNAのAgo2への積み込み段階において異常な中間体が蓄積する様な変異体が見つかった。これは、ショウジョウバエのRISC形成に特有の素過程が存在することを示唆している。
また、PIWIサブファミリーについては、カイコ培養細胞を利用し、piRNAの生合成過程の一部、すなわち長い一本鎖RNAがPIWIに取り込まれた後、3'末端が削り込まれ、さらに2'-O-Me化されるという一連の反応を正しく再現できる試験管内反応系の構築に初めて成功し、3'末端の削り込みと2'-O-Me化が共役した反応であることを示した。また、カイコSiwiやAgo3に結合するタンパク質の網羅的同定も進めた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

AGOサブファミリーの系統的変異解析については、全く機能未知であったNドメインが、RISC形成過程における二本鎖RNAの引きはがしに関与することを見いだせたということ、また、それによってRISC形成過程にWedging(くさびの打ち込み)という新たな素過程の存在を提唱できた、ということから、当初の目的に従って順調に進展していると考えられる。また、ヒトとショウジョウバエのAgo2において、同じNドメインが異なる役割を担う可能性を示唆する興味深い知見も得られている。
また、PIWIサブファミリーについては、Tudorドメインタンパク質を含め、piRNA経路に関与する未知因子の同定と機能解析が順調にすすんでおり、さらに、piRNA生合成過程の一部を試験管内で再現できる系の構築と、それに基づく新しいモデルの提案という、当初計画を凌ぐ成果も達成できた。
以上のことから、現時点では、本研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

AGOサブファミリーについては、今回提唱した「くさびモデル」をさらに検証するため、蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を利用し、Nドメインによって「くさびが打ち込まれた」状態を捉えることを試みる。すでに予備実験は開始しており、小分子RNA二本鎖の片方の末端を蛍光標識してもRISC形成には大きな影響を与えないことを確認済みである。また、このモデルの普遍性を検証するため、他のAGOサブファミリータンパク質についても変異体解析をすすめる。
PIWIサブファミリーについては、確立したpiRNA生合成の試験管内再現系を最大限に活用し、piRNA生合成経路の生化学的解析を進め、piRNA前駆体の3’末端を削り込む活性を持つ「トリマー」酵素の同定を目指す。さらには、これまでにPIWIサブファミリーとの相互作用が明らかとなった多数の因子について、大規模な機能解析を進め、piRNA作用マシナリーにおける役割を明らかにする。
また、領域内での連携を進め、本領域から生まれた2つの特許技術、すなわち「光学活性ホスホロチオエートRNAの合成法」と「RISC形成過程に必要なRNAの構造的特徴」を有機的に組み合わせることによる高効率なsiRNAの分子デザインに向け、光学活性ホスホロチオエートの導入位置とRISC形成効率との相関を見出すための検討を行う。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] 3' end formation of PIWI-interacting RNAs in vitro.2011

    • 著者名/発表者名
      Kawaoka S, Izumi N, *Katsuma S, *Tomari Y.
    • 雑誌名

      Mole Cell.

      巻: 43(6) ページ: 1015-1022

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2011.07.029.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Recognition of the pre-miRNA structure by Drosophila Dicer-1.2011

    • 著者名/発表者名
      Tsutsumi A, Kawamata T, Izumi N, Seitz H, *Tomari Y.
    • 雑誌名

      Nat Struct Mol Biol.

      巻: 18(10) ページ: 1153-1158

    • DOI

      10.1038/nsmb.2125.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The silkworm W chromosome is a source of female-enriched piRNAs.2011

    • 著者名/発表者名
      Kawaoka S, Kadota K, Arai Y, Suzuki Y, Fujii T, Abe H, Yasukochi Y, Mita K, Sugano S, Shimizu K, Tomari Y, Shimada T, *Katsuma S.
    • 雑誌名

      RNA.

      巻: 17(12) ページ: 2144-2151

    • DOI

      10.1261/rna.027565.111.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] PABP is not essential for microRNA-mediated translational repression and deadenylation in vitro.2011

    • 著者名/発表者名
      Fukaya T, Tomari Y.
    • 雑誌名

      EMBO J.

      巻: 30(24) ページ: 4998-5009

    • DOI

      10.1038/emboj.2011.426.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The N domain of Argonaute drives duplex unwinding during RISC assembly.2011

    • 著者名/発表者名
      Kwak PB, Tomari Y.
    • 雑誌名

      Nat Struct Mol Biol.

      巻: 19(2) ページ: 145-151

    • DOI

      10.1038/nsmb.2232.

    • 査読あり
  • [学会発表] Biochemical Characterization of Dicer-independent miR-451 Biogenesis2012

    • 著者名/発表者名
      Mayuko Yoda
    • 学会等名
      The22nd CDB Meeting"RNA Sciences in Cell and Developmental Biology2"
    • 発表場所
      RIKEN Center for Developmental Biology, Kobe
    • 年月日
      20120611-20120613
  • [学会発表] microRNAs block translation initiation via GW182-dependent and -independent pathways2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Fukaya
    • 学会等名
      The22nd CDB Meeting"RNA Sciences in Cell and Developmental Biology2"
    • 発表場所
      RIKEN Center for Developmental Biology, Kobe
    • 年月日
      20120611-20120613
  • [学会発表] PABP is not essential for microRNA-mediated translational repression and deadenylation2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Fukaya
    • 学会等名
      Keystone Symposia"Gene Silencing by Small RNAs"
    • 発表場所
      Vancouver, CANADA
    • 年月日
      20120207-20120212
  • [学会発表] Dicer is dispensable for asymmetric RISC loadong in mammals2012

    • 著者名/発表者名
      Betancur Juan Guillermo
    • 学会等名
      Keystone Symposia"Gene Silencing by Small RNAs"
    • 発表場所
      Vancouver, CANADA
    • 年月日
      20120207-20120212
  • [学会発表] Assembly and function of RNA silencing complexs2011

    • 著者名/発表者名
      Tomari Y
    • 学会等名
      Special Seminar"Department of Biochemistry and Molecular Pharmacology"
    • 発表場所
      University of Massachusetts Medical School, USA
    • 年月日
      2011-10-13

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公開日: 2015-05-28  

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