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2021 年度 実績報告書

反応場に着目したpiRNA経路の生化学的解析

研究課題

研究課題/領域番号 18H05271
研究機関東京大学

研究代表者

泊 幸秀  東京大学, 定量生命科学研究所, 教授 (90447368)

研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワードpiRNA / GTSF1 / 反応場 / 細胞内構造体
研究実績の概要

これまでに、遺伝学的スクリーニングと、タンパク質-タンパク質相互作用の探索によって、膨大な数のpiRNA関連因子が存在することが明らかになっている、その中で生化学活性が特定されているものは、我々が発見したpiRNA成熟のためのエクソヌクレアーゼTrimmerや、その前段階ではたらくエンドヌクレアーゼZucchiniを含めてごく少数に限られている。我々は、アメリカの研究室との共同研究と独自の生化学系の利用によって、GTSF1 (Gametocyte Specific Factor 1)と呼ばれる因子が、PIWIタンパク質と相互作用し、その標的RNA切断活性を大きく向上させる機能を持っているということを見いだした。さらに、別のアメリカの研究室との共同研究により、RNase κ と呼ばれるミトコンドリアに局在するヌクレアーゼが、piRNAの効率的な生産に重要であることを発見した。また、piRNA関連の新規因子を探索する解析を通じて、カイコが持つ2つのPIWIタンパク質、SiwiとBmAgo3のうち、BmAgo3をノックダウンした時だけ、Siwiと特異的に相互作用する機能未知の新規因子を発見した。さらには、次世代シーケンサーを駆使することにより、カイコBmN4細胞ゲノムの中に存在する最も代表的なpiRNAクラスターであるtorimochiの配列および性状解析を進めた。また、piRNA経路と同様に、トランスポゾンやウイルスなどの遺伝的侵略者からゲノムを守る役割を果たしているsiRNA経路については、その生合成において重要な働き果たすDicer(ショウジョウバエ由来のDicer-2)が長い二本鎖RNAを切断しながらsiRNAを次々と産生してゆく過程を一分子レベルで観察することに成功し、従来提案されていたモデルに修正を与えることとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

piRNA経路に関連するとされる膨大な数の因子の中で、生化学的な機能がきちんと同定されたものはごく一部に限られている。RNase κ は、piRNA生合成にかかわることが新規に見いだされたヌクレアーゼであり、piRNA生合成の生化学的理解大きく前進させるものである。さらに、GTSF1は、PIWIタンパク質も含めた大きなArgonauteファミリータンパク質のRNA切断活性を制御する初めての補助因子であり、その意義は大きい。また、piRNA経路と関連が深いsiRNA経路についても、一分子イメージングを駆使した大きな研究の進展が見られ論文として発表した。

今後の研究の推進方策

カイコに複数存在するGTSF1のホモログ(Gtsf1およびGtsf1-like)と、2つのPIWIタンパク質ホモログ(SiwiとAgo3)との間に存在する生化学的関係性を検証し、その協調的作用がpiRNA産生に与える影響を解析する。さらに、Siwiをノックダウンした際にのみ特異的にAgo3に結合する新規因子についても、そのpiRNApiRNA産生に与える影響や、相互作用する因子の探索を行う。また、カイコBmN4細胞の代表的なpiRNAクラスターであるtorimochiについては、複数種類の次世代シーケンサーを組み合わせることにより、周辺領域も含めた正確な配列の決定および性状解析を行い、他のトランスポゾンの配列や性状と大規模に比較する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Massachusetts/Thomas Jefferson University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Massachusetts/Thomas Jefferson University
  • [国際共同研究] 上海科技大学(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      上海科技大学
  • [雑誌論文] Life of RISC: Formation, action, and degradation of RNA-induced silencing complex2022

    • 著者名/発表者名
      Iwakawa Hiro-oki、Tomari Yukihide
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 82 ページ: 30~43

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2021.11.026

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ribosome stalling caused by the Argonaute-microRNA-SGS3 complex regulates the production of secondary siRNAs in plants2021

    • 著者名/発表者名
      Iwakawa Hiro-oki、Lam Andy Y.W.、Mine Akira、Fujita Tomoya、Kiyokawa Kaori、Yoshikawa Manabu、Takeda Atsushi、Iwasaki Shintaro、Tomari Yukihide
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 35 ページ: 109300~109300

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2021.109300

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-molecule analysis of processive double-stranded RNA cleavage by Drosophila Dicer-22021

    • 著者名/発表者名
      Naganuma Masahiro、Tadakuma Hisashi、Tomari Yukihide
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 4268

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24555-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] RNase κ promotes robust piRNA production by generating 2′,3′-cyclic phosphate-containing precursors2021

    • 著者名/発表者名
      Shigematsu Megumi、Kawamura Takuya、Morichika Keisuke、Izumi Natsuko、Kiuchi Takashi、Honda Shozo、Pliatsika Venetia、Matsubara Ryuma、Rigoutsos Isidore、Katsuma Susumu、Tomari Yukihide、Kirino Yohei
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 ページ: 4498

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24681-w

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cell-free reconstitution reveals the molecular mechanisms for the initiation of secondary siRNA biogenesis in plants2021

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Yuriki、Baeg Kyungmin、Lam Andy Y. W.、Shoji Keisuke、Tomari Yukihide、Iwakawa Hiro-oki
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 ページ: e2102889118

    • DOI

      10.1073/pnas.2102889118

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Assembly of the RNA Silencing Complex (and Beyond)2021

    • 著者名/発表者名
      泊 幸秀
    • 学会等名
      2021 RNA Biology Symposium
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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