非ドメイン型lncRNAの機能獲得機構の解析

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 非ドメイン型バイオポリマーの生物学：生物の柔軟な機能獲得戦略
• 研究課題/領域番号: 21H05276
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 廣瀬 哲郎 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (30273220)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2026-03-31
• キーワード: lncRNA / RNA結合タンパク質 / 非膜オルガネラ / 天然変性領域

研究実績の概要

1. 核内非膜オルガネラのパラスペックルは、核内空間で別の非膜オルガネラである核スペックルと隣接して存在しているが、決してお互いのオルガナイに取り込まれたり融合したりすることはなく、独立して存在している。このパラスペックルの独立性を規定する分子機構の解析を発展させ、これまで明らかにしていたパラスペックルと核スペックルの分離を促進する因子（SFPQ, HNRNPF, BRG1）に加えて、それと相反するパラスペックルを核スペックル内に取り込もうとする因子としてU2 snRNPを同定した。これによってNEAT1上の独立性を規定するRNA領域にSFPQら促進因子が結合することでU2の結合を妨げていることによって、パラスペッくるが核スペックルから独立して存在できることが示唆された。この独立性維持機構に関する論文は、Nature Cell Biologyに掲載され、その号のNews&Viewsに取り上げられるなど大きな反響があった。
2. 新たな非ドメイン型RNAとして、ストレスによって誘導される数百種類にも及ぶ3'伸長転写物DoGsを新たに同定した。これらのDoGsは、通常のRNA抽出に対して著しい難抽出性を示すことを見出し、そのために従来のRNA解析ではその存在が過小評価されていたことを示した。さらにDoGsがそれぞれ固有の核内非膜オルガネラに局在していることを見出し、arcRNAとしての機能がある可能性を見出し、この成果をRNA誌に報告した。さらにこれまでDoGsを誘導する浸透圧ストレス時に翻訳を阻害するという二重のストレス処理を実施すると、多くのDoGs誘導が著しく増加し、さらに難抽出性も著しく増加することを発見した。

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

これまで継続して実施してきたパラスペックルと核スペックルの独立性維持に関する成果を論文化し、一流ジャーナルに掲載することができたこと、さらに新たな非ドメイン型arcRNAとしてのDoGsが著しく誘導される条件を見出すことができ、このクラスのRNAの機能解析が大きく前進する可能性が見えてきたため

今後の研究の推進方策

非ドメイン型arcRNAの作用機構と生理機能に関する知見をさらに収集し、こうした分子種特有の機能獲得機構を明らかにするための実験を推進する。特に新たに多数同定されたDoGs RNAや難抽出性がゆえに見逃されていたarcRNAについての個別解析を進めて、非ドメイン型RNAの重要性を明確に提示するための一歩踏み込んだ知見を獲得する。さらに、こうした非ドメイン型arcRNAの探索法についてもタンパク質相互作用情報を活用した効率良い同定手順の確立を行い、さらなる非ドメイン型arcRNAの発見にこぎつけたいと考えている。

研究成果

• [国際共同研究] University of Western Australia(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Western Australia
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CNRS
• [雑誌論文] The early macrophage response to pathogens requires dynamic regulation of the nuclear paraspeckle (2024)
  • 著者名/発表者名: Azam Sikandar、Armijo Kaitlyn S.、Weindel Chi G.、Chapman Morgan J.、Devigne Alice、Nakagawa Shinichi、Hirose Tetsuro、Carpenter Susan、Watson Robert O.、Patrick Kristin L.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 ページ: e2312587121
  • DOI: 10.1073/pnas.2312587121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shell protein composition specified by the lncRNA NEAT1 domains dictates the formation of paraspeckles as distinct membraneless organelles (2023)
  • 著者名/発表者名: Takakuwa Hiro、Yamazaki Tomohiro、Souquere Sylvie、Adachi Shungo、Yoshino Hyura、Fujiwara Naoko、Yamamoto Tetsuya、Natsume Tohru、Nakagawa Shinichi、Pierron Gerard、Hirose Tetsuro
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 25 ページ: 1664～1675
  • DOI: 10.1038/s41556-023-01254-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Satellite <scp>RNAs</scp>: emerging players in subnuclear architecture and gene regulation (2023)
  • 著者名/発表者名: Ninomiya Kensuke、Yamazaki Tomohiro、Hirose Tetsuro
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 42 ページ: e114331
  • DOI: 10.15252/embj.2023114331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Landscape of semi-extractable RNAs across five human cell lines (2023)
  • 著者名/発表者名: Zeng Chao、Chujo Takeshi、Hirose Tetsuro、Hamada Michiaki
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 51 ページ: 7820～7831
  • DOI: 10.1093/nar/gkad567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional domains of nuclear long noncoding RNAs: Insights into gene regulation and intracellular architecture (2023)
  • 著者名/発表者名: Obuse Chikashi、Hirose Tetsuro
  • 雑誌名: Current Opinion in Cell Biology 巻: 85 ページ: 102250～102250
  • DOI: 10.1016/j.ceb.2023.102250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nascent ribosomal RNA act as surfactant that suppresses growth of fibrillar centers in nucleolus (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tetsuya、Yamazaki Tomohiro、Ninomiya Kensuke、Hirose Tetsuro
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 ページ: 1129
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05519-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nondomain biopolymers: Flexible molecular strategies to acquire biological functions (2023)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Kazuharu、Hirose Tetsuro、Inada Toshifumi、Ito Takuhiro、Kai Toshie、Oyama Masaaki、Tomari Yukihide、Yoda Takao、Nakagawa Shinichi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 28 ページ: 539～552
  • DOI: 10.1111/gtc.13050
  • 査読あり
• [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 ページ: 4479～4493
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2023.11.019
  • 査読あり
• [学会発表] 非コードRNAによる相分離構造体の構築と機能制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: The 3rd Kansai RNA Club
  • 招待講演
• [学会発表] 非コードRNAによる総分離構造体の構築と機能制御 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第４回名古屋産学官・医連携研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 非膜オルガネラを作動するRNAの多彩な機能 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第2回タンパク質シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 非コードRNAによる相分離誘導のメカニズムと意義 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 3rd Fukuoka RNA commons
  • 招待講演
• [学会発表] 非コードRNAによる相分離誘導のメカニズムと意義 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 蛋白質研究所コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] RNA が誘発する細胞内相分離の分子機構と機能 (2024)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第33回フォーラム・イン・ドージン
  • 招待講演
• [学会発表] 連鎖的リン酸化が駆動する核内ストレス体による温度依存的スプライシング制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上野剛志, 足達俊吾, 二宮賢介, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] パラスペックルのミセル構造と形態を規定するNEAT1_2 RNAドメインマッピング (2023)
  • 著者名/発表者名: 梅崎創太, 山崎智弘, 高桑央, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 人工リピートRNAを用いた核内ストレス体の細胞内・試験管内再構成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 角野愛美, 松田優一, 二宮賢介, 堀切淳一, 浅井 潔, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] 難溶性核内リードスルー転写産物DoGsの蓄積量に翻訳活性が与える影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高生大希, 高桑 央, 藤原奈央子, 岩切淳一, 浅井 潔, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] NEAT1のRNAドメインによって決定されるシェル局在タンパク質はパラスペックルの核スペックルとの分離を制御する (2023)
  • 著者名/発表者名: 高桑央, 山崎智弘, Sylvie Souquere, 足達俊吾, 藤原奈央子, 吉野彪羅, 山本哲也, 中川真一, 村上正晃, Gerard Pierron, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 血清飢餓ストレスによって誘導される新規難溶性architectural RNA SISTの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 金子修士, 藤原奈央子, 中條岳志, 曹超, 浜田道昭, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 血清飢餓ストレスにより誘導される新規architectural RNA SISTの解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 金子修士, 藤原奈央子, 中條岳志, 曹超, 浜田道昭, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: RNAフロンティアミーティング2023
• [学会発表] 無細胞系での核内ストレス体再構成の試み (2023)
  • 著者名/発表者名: 松田優一, 角野愛美, 山崎智弘, 二宮賢介, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: RNAフロンティアミーティング2023
• [学会発表] Short-tandem repeat型RNAであるHSATIIIの多彩な分子機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 二宮賢介, 足達俊吾, 廣瀬哲郎
  • 学会等名: RNAフロンティアミーティング2023
• [学会発表] Architectural lncRNA domains dictating paraspeckle structure, function and independence (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Hirose
  • 学会等名: The 1st Paraspeckle Biology Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Architectural noncoding RNAによる細胞内構造構築と遺伝子発現制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬哲郎
  • 学会等名: RNAバイオインフォマティックス道場
• [学会発表] Analysis of SIST lncRNAs that form nuclear bodies upon serum starvation stress (2023)
  • 著者名/発表者名: Shushi Kaneko, Naoko Fujiwara, Takeshi Chujo, Chao Zeng, Michiaki Hamada, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Reconfiguration of nuclear stress body assembly and subclass formation using artificial HSATIII-like repeat RNAs (2023)
  • 著者名/発表者名: Manami Kakuno, Kensuke Ninomiya, Junichi Iwakiri, Kiyoshi Asai, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] A challenge to reconstitute nuclear stress bodies in cell-free system (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuichi Matsuda, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization and functional analysis of HSATIII-derived repetitive proteins (2023)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Ninomiya, Shungo Adachi, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Large-scale identification of RNA-binding proteins that initiate the formation of biomolecular condensates in cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Rie Doi, Mizuki Iwata, Wakana Isshiki, Hiro Takakuwa, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of a regulatory protein kinase in thermo-sensitive splicing through compositional switching of nuclear stress bodies (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ueno, Shungo Adachi, Kensuke Ninomiya, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第24回日本RNA学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the Role of Architectural Long Noncoding RNAs in Shaping and Regulating Phase-Separated Cellular bodies (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 50 Years Shine-Dalgarno Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Shell protein composition specified by NEAT1 domains dictates the formation of paraspeckles as distinct membraneless organelles (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiro Takakuwa, Tomohiro Yamazaki, Sylvie Souquere, Shungo Adachi, Hyura Yoshino, Naoko Fujiwara, Tetsuya Yamamoto, Tohru Natsume, Shinichi Nakagawa, Masaaki Murakami, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: RNA 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Functional analysis of MPP6, a nuclear RNA exosome complex cofactor, using human cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Naoko Fujiwara, Tetsuro Hirose, Seiji Masuda
  • 学会等名: RNA 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Exploring the role of architectural noncoding RNAs in building and functioning of phase-separated membraneless organelles (2023)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Hirose, Tomohiro Yamazaki, Hiro Takakuwa, Kensuke Ninomiya
  • 学会等名: RNA 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recapitulation of nuclear stress bodies assembly using artificial HSATIII-like repeat RNAs (2023)
  • 著者名/発表者名: Manami Kakuno, Kensuke Ninomiya, Junichi Iwakiri, Yuichi Matsuda, Kiyoshi Asai, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: RNA 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Biomolecular condensates with RNA scaffolds: towards a theoretical and systematic understanding of their formation and function (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hiro Takakuwa, Hyura Yoshino, Sylvie Souquere, Wakana Isshiki, Rie Doi, Mizuki Iwata, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: RNA 2023
• [図書] Phase Separation in Living Cells - Benefits and Risks (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiro Takakuwa, Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose
  • 総ページ数: 24
  • 出版者: Springer Nature
  • ISBN: 978-981-99-4885-7
• [備考] 生成中のRNAは核小体の内部構造を制御する「界面活性剤」として働く
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1076
• [備考] 膜を持たないオルガネラが混じり合わずに存在できるしくみを解明
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1074
• [備考] ヒトゲノムの繰り返し配列から作られるRNAとその反復のなせる技
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1068
• [備考] 5種類のヒト培養細胞から新たな1,074種類の難溶性RNAを同定
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1065