ナノポアシーケンスを用いたRNA修飾の1分子解析技術の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K22246
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 勉 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20292782)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• キーワード: ナノポアシーケンス / RNA修飾 / tRNA

研究実績の概要

RNA修飾はエピトランスクリプトミクスと呼ばれ、転写後における新しい遺伝子発現調節機構として生命科学全体に大きな潮流を生み出している。RNA修飾の機能を正しく理解するためには、修飾部位の精確なマッピングが不可欠である。現在広く用いられている抗RNA修飾抗体による免疫沈降とNGSで解析する方法は分解能の低さや、再現性などがしばしば問題となっている。一方で、RNAを質量分析法で直接解析する手法は、微量な試料には適さない。このような背景を元に、本研究では、ナノポアシーケンサーを用い、RNAをcDNA化することなく直接解析することで、RNAに含まれる様々な修飾を検出する技術の確立を目指している。
大腸菌から全44種類のtRNAを高度に精製し、質量分析法(RNA-MS)を用いて精製度を確認した。次にtRNA用に特別にデザインしたアダプターを連結し、ナノポアシーケンスを行い、個々のtRNA分子の電流値を大量に取得した。この全44種類のデータを用い、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)に深層学習させた。様々な学習モデルを検討し、エポック数を上げたところ、分類の精度を実用的なレベルまで引き上げることに成功した。テストデータを用い、精度の検証を行ったところ、全44種類のtRNAを平均で98%を超える高い精度で分類することに成功した。実際にこのアルゴリズム（tRNA分類器と呼ぶ）を用いて、未分画tRNAをナノポアシーケンスし、全tRNAの分類と頻度から各tRNAの存在比を計測することに成功した。さらに、tRNA修飾の有無を判定するtRNA修飾検出器を作成するために、tRNA修飾遺伝子の破壊株から精製したtRNAと野生株から単離したtRNAをそれぞれナノポアシーケンスし、CNNに深層学習させたところ、たった一か所の修飾の有無を判定することに成功した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Lausanne(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Lausanne
• [国際共同研究] Universitatsklinikum Bonn(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Universitatsklinikum Bonn
• [国際共同研究] MedUni Wien(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: MedUni Wien
• [国際共同研究] J. C. Leukaemia Research Inst(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: J. C. Leukaemia Research Inst
• [国際共同研究] Lodz University of Technology(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Lodz University of Technology
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 3
• [雑誌論文] N6-methyladenosine (m6A) is an endogenous A3 adenosine receptor ligand (2021)
  • 著者名/発表者名: Ogawa Akiko、Nagiri Chisae、Shihoya Wataru、Inoue Asuka、Kawakami Kouki、Hiratsuka Suzune、Aoki Junken、Ito Yasuhiro、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu、Inoue Toshihiro、Nureki Osamu、Tanihara Hidenobu、Tomizawa Kazuhito、Wei Fan-Yan
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 81 ページ: 659～674.e7
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2020.12.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Ftsj1 perturbs codon-specific translation efficiency in the brain and is associated with X-linked intellectual disability (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagayoshi Y.、Chujo T.、Hirata S.、Nakatsuka H.、Chen C.-W.、Takakura M.、Miyauchi K.、Ikeuchi Y.、Carlyle B. C.、Kitchen R. R.、Suzuki T.、Katsuoka F.、Yamamoto M.、Goto Y.、Tanaka M.、Natsume K.、Nairn A. C.、Suzuki T.、Tomizawa K.、Wei F.-Y.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 ページ: eabf3072
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf3072
  • 査読あり
• [雑誌論文] The expanding world of tRNA modifications and their disease relevance (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Nature Reviews Molecular Cell Biology 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1038/s41580-021-00342-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] The RNA-binding protein QKI-7 recruits the poly(A) polymerase GLD-2 for 3′ adenylation and selective stabilization of microRNA-122 (2020)
  • 著者名/発表者名: Hojo Hiroaki、Yashiro Yuka、Noda Yuta、Ogami Koichi、Yamagishi Ryota、Okada Shunpei、Hoshino Shin-ichi、Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 ページ: 390～402
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.011617
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vitro yeast reconstituted translation system reveals function of eIF5A for synthesis of long polypeptide (2020)
  • 著者名/発表者名: Abe Taisho、Nagai Riku、Shimazaki Shunta、Kondo Shunta、Nishimura Satoshi、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu、Imataka Hiroaki、Tomita Kozo、Takeuchi-Tomita Nono
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 167 ページ: 451～462
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate specificities of Escherichia coli ItaT that acetylates aminoacyl-tRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang Chuqiao、Yashiro Yuka、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu、Tomita Kozo
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 48 ページ: 7532-7544
  • DOI: 10.1093/nar/gkaa487
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Epigenetic loss of the transfer RNA-modifying enzyme TYW2 induces ribosome frameshifts in colon cancer (2020)
  • 著者名/発表者名: Rossello-Tortella Margalida、Llinas-Arias Pere、Sakaguchi Yuriko、Miyauchi Kenjyo、Davalos Veronica、Setien Fernando、Calleja-Cervantes Maria E.、Pineyro David、Martinez-Gomez Jesus、Guil Sonia、Joshi Ricky、Villanueva Alberto、Suzuki Tsutomu、Esteller Manel
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 ページ: 20785～20793
  • DOI: 10.1073/pnas.2003358117
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complete chemical structures of human mitochondrial tRNAs (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Takeo、Yashiro Yuka、Kikuchi Ittoku、Ishigami Yuma、Saito Hironori、Matsuzawa Ikuya、Okada Shunpei、Mito Mari、Iwasaki Shintaro、Ma Ding、Zhao Xuewei、Asano Kana、Lin Huan、Kirino Yohei、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 4269
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18068-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The tRNA pseudouridine synthase TruB1 regulates the maturation of let‐7 miRNA (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurimoto Ryota、Chiba Tomoki、Ito Yoshiaki、Matsushima Takahide、Yano Yuki、Miyata Kohei、Yashiro Yuka、Suzuki Tsutomu、Tomita Kozo、Asahara Hiroshi
  • 雑誌名: The EMBO Journal 巻: 39 ページ: e104708
  • DOI: 10.15252/embj.2020104708
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanism of aminoacyl-tRNA acetylation by an aminoacyl-tRNA acetyltransferase AtaT from enterohemorrhagic E. coli (2020)
  • 著者名/発表者名: Yashiro Yuka、Sakaguchi Yuriko、Suzuki Tsutomu、Tomita Kozo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: 5438
  • DOI: 10.1038/s41467-020-19281-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mass Spectrometric Analysis of Mitochondrial RNA Modifications (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigami Yuma、Suzuki Tsutomu、Suzuki Takeo
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2192 ページ: 89～101
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-0834-0_8
  • 査読あり
• [学会発表] RNA 修飾によるエピトランスクリプトーム制御と疾患 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉
  • 学会等名: ゲノム創薬フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Biogenesis and functions of aminocarboxypropyluridine in tRNA (2020)
  • 著者名/発表者名: Mayuko Takakura, Kensuke Ishiguro, Shinichiro Akichika, Kenjyo Miyauchi, Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: RNA2020 (The 25th Annual Meeting of the RNA Society)
  • 国際学会
• [学会発表] Landscape of tRNA modifications in human (ヒトtRNA修飾の全体像の解明) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] mRNA医薬品の高機能化を志向した最適なRNA修飾の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 津村 健斗 、 穐近 慎一郎 、石神 宥真 、鈴木 勉
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [図書] RNA修飾と生命現象 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 勉
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: 生化学(日本生化学会)
• [備考] Suzuki lab.
  • URL: http://rna.chem.t.u-tokyo.ac.jp/en/index.html