相分離RNPナノ構造体の構築・設計原理の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K06479
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 山崎 智弘 大阪大学, 生命機能研究科, 特任講師 (90732280)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 非膜性構造体 / 相分離 / 長鎖ノンコーディングRNA / NEAT1 / パラスペックル / ブロック共重合体 / ミセル / RNA結合タンパク質

研究実績の概要

細胞内には、細胞膜で覆われていない非膜性の構造体が多数存在しており、混み合った細胞内環境に置いて、特定の分子を集める区画を形成している。このような区画化により、生化学反応の促進や特定の因子の隔離など重要な機能を果たしている。この過程は、相分離と呼ばれる物理現象により形成され、神経変性疾患や癌などの病態との関連からも注目されている。このような非膜性構造体の多くのものには、RNAが構成因子として含まれているが、その役割は十分には理解されていない。私たちは、このような非膜性構造体のうち、一群のものがRNAを必須の骨格となり形成されていることを明らかにし、こうしたRNAをarchitectural RNA　（arcRNA）と名付け、その形成過程および機能を集中的に解析してきた。申請者は、代表的なarcRNAであるNEAT1_2 lncRNAが作り上げる核内非膜性構造体パラスペックルを集中的に解析し、NEAT1_2は構造体の設計図として働き、複数の機能RNPドメインにより、パラスペックルの性質と機能が規定していることを明らかにしてきた。そこで、本研究では、このRNAにより構築される非膜性構造体の形成の根幹となる分子原理を解明することを目的に研究を進めた。パラスペックルの細胞内配置を規定する機構について解析を進め、パラスペックルが核スペックルの内外に局在するために必要なRNAドメインとタンパク質を同定した。さらに、ソフトマター物理の理論を取り入れた解析から、パラスペックルの特徴的なコアシェル構造や円筒構造がブロック共重合体のミセルとして形成されるという細胞内相分離における新規メカニズムを同定した。また、こうした研究を拡張し、RNAを足場とする非膜性構造体の形成実験系の構築に成功した。以上の結果から、RNAを足場とする非膜性構造体の形成と機能発現の原理の理解に大きく寄与する結果を得た。

研究成果

• [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] Paraspeckles are constructed as block copolymer micelles. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hyura Yoshino, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 40 ページ: e107270
  • DOI: 10.15252/embj.2020107270
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ArcRNAs and the formation of nuclear bodies. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Nakagawa, Tomohiro Yamazaki, Taro Mannen, Tetsuro Hirose
  • 雑誌名: Mammalian Genome 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00335-021-09881-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of condensates dictates nucleolar architecture. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuro Hirose
  • 雑誌名: Science 巻: 373 ページ: 486-487
  • DOI: 10.1126/science.abj8350
• [雑誌論文] RNAが形作る相分離構造体 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎智弘、廣瀬哲郎
  • 雑誌名: 生化学 巻: 93 ページ: 385-390
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2021.93
• [学会発表] RNAs as scaffolds of biomolecular condensates: Lessons from paraspeckles scaffolded by NEAT1_2 lncRNAs (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Hiro Takakuwa, Hyura Yoshino, Wakana Isshiki, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: RNAフロンティアミーティング2021
• [学会発表] Paraspeckles are constructed as block copolymer micelles (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: 第22回日本RNA学会年会
• [学会発表] RNAs as scaffolds of biomolecular condensates: from LLPS to micellization (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yamazaki, Tetsuya Yamamoto, Sylvie Souquere, Shinichi Nakagawa, Gerard Pierron, Tetsuro Hirose
  • 学会等名: MBSJ2021
• [図書] 相分離 メカニズムと疾患 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎智弘、廣瀬哲郎（担当：分担執筆、範囲：I. 核内の非膜オルガネラ 4. パラスペックル）
  • 総ページ数: 221
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 月刊 細胞 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本哲也、山崎智弘、二宮賢介、廣瀬哲郎（担当：分担執筆、範囲：RNA生物学とソフトマター物理学の融合による核内構造体の研究）
  • 総ページ数: 76
  • 出版者: ニューサイエンス社
• [備考] Hirose Lab (RNA生体機能研究室)
  • URL: http://hirose-lab.com/
• [備考] 大阪大学大学院生命機能研究科 細胞ネットワーク講座 RNA生体機能研究室
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_group/detail/7
• [備考] RNAによる核内構造体形成の新たなしくみを発見
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/ja/research_results/papers/detail/1020