トランスポゾン侵略から生殖細胞ゲノムをまもるpiRNA動作原理の統合的理解

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25221101
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 塩見 美喜子 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (20322745)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: PIWI / piRNA / トランスポゾン / RNAサイレンシング / ショウジョウバエ

研究実績の概要

正しい遺伝情報を次世代へと受継ぐ使命を担う生殖細胞では、piRNAがDNA損傷を引き起こす転移性因子トランスポゾンから生殖細胞のゲノムを護ると同時に生殖組織の発生・分化を正常に導く。しかし、その作動原理は未だ不明である。本研究では、piRNAによるトランスポゾン発現制御機構の全貌を理解することを目指している。ショウジョウバエ卵巣由来体細胞株OSCを用いてpiRNA前駆体RNAの細胞内挙動を検出したところpiRNA生合成の場であるYb bodyに隣接する構造体に局在すること突き止めた。これをFlam bodyと名付けた。Yb bodyのコア因子であるYbの発現を欠失させるとYb bodyと共にFlam bodyも消失した。RNA結合解析からYbは細胞質でpiRNA前駆体に直接結合し、それをまずFlam bodyへ局在させる因子であることが判った。Ybは、piRNA生合成因子のみならずpiRNA前駆体を居局在させることによってpiRNA生合成機構を促進する因子であることが判明した。カイコ卵巣由来生殖細胞株BmN4を用いてpiRNA増幅機構であるPing-Pong cycleの解析をすすめた。RNA helicase Vasaが欠失するとPing-Pong cycleは阻害されるが、Vasaの機能は不明であった。生化学的な実験を行いVasaはSiwiが切断した標的RNAをpiRISCから引きはがす因子であることを証明した。piRNA生合成因子MaelstromのpiRNA経路における機能を明らかにするためX線構造解析をすすめたところ、RNAse活性が示唆された。In vitroでもRNase活性が検出できた。核サイレンシング機構に必須なMaelstromの核内複合体の解析もすすめた。

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

本年度の計画にそって実験をすすめることが出来たのみならず、論文を複数発表することができた。また、piRNAに関する総説も学術雑誌から執筆の依頼を受け複数発表することが出来た。学会発表も滞り無く行なった。招待講演の依頼も複数受けた。

今後の研究の推進方策

piRNA生合成機構：生殖組織体細胞株OSCでおこるprimary processingに関しては、Yb bodyの構成因子を全て同定し、その機能解析をすすめると共にYb body構築経路における上下関係を調べる。生殖細胞株BmN4で起こるprimary processingにはMaelstromが必須であるが、その機能はいまだ不明である。生化学的な解析をすすめることによってMaelstromの機能解析をすすめる。RNase活性がどのようにprocessingに関わるかに焦点をあてる。BmN4で起こるPing-Pong cycleにはVasa以外にVasa様因子が関わることが判っている。その同定および解析をすすめる。

核サイレンシング機構：ショウジョウバエ卵巣由来体細胞株OSCにおける核サイレンシング機構にMaelstrom（Mael）が必須であることを見出している。PiwiやMaelが、酵母における核サイレンシング複合体RITSに類似する複合体を形成することによってトランスポゾンをエピジェネティックな手法で抑制する可能性が浮上した。核からPiwi、Mael複合体を単離したところ、複数の複合体内因子が同定できた。現在、各因子の機能を明らかにするため、解析をすすめているが、今後も続けて遂行する。piRNAによるエピジェネティック転写制御の作用機序を理解する。

人工的piRNA系の確立：最近、mRNA由来のgenic piRNA生合成に必須なcis配列の同定に成功した。このcis配列の直下に挿入したDNA断片からは人工的に任意の配列をもつpiRNAが産生される。現在、論文投稿中である。査読が帰り次第、論文のリバイスを行う予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Functional and structural insights into the piRNA factor Maelstrom. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato K and Siomi MC.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 589 ページ: 1688-1693
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.03.023.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Structure and Activity of the Endoribonuclease Domain of the piRNA Pathway Factor Maelstrom (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Matsumoto, Kaoru Sato, Hiroshi Nishimasu, Yurika Namba, Kana Miyakubi, Naoshi Dohmae, Ryuichiro Ishitani, Haruhiko Siomi, Mikiko C. Siomi, Osamu Nureki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 11 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.03.030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PIWI-Interacting RNA: Its Biogenesis and Functions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki YW, Siomi MC, Siomi H.
  • 雑誌名: Annu Rev Biochem. 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gene expression ontogeny of spermatogenesis in the marmoset uncovers primate characteristics during testicular development. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yu-Ching Lin Z, Hirano T, Shibata S, Seki NM, Kitajima R, Sedohara A, Siomi MC, Sasaki E, Siomi H, Imamura M, Okano H.
  • 雑誌名: Dev Biol. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Respective Functions of Two Distinct Siwi Complexes Assembled during PIWI-Interacting RNA Biogenesis in Bombyx Germ Cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazumichi M. Nishida, Yuka W. Iwasaki, Yukiko Murota, Akihiro Nagao, Taro Mannen, Yumiko Kato, Haruhiko Siomi, Mikiko C. Siomi
  • 雑誌名: Cell Reports. 巻: 10 ページ: 193-203
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.12.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] piRNA clusters and open chromatin structure. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka S, Siomi MC, Siomi H.
  • 雑誌名: Mobile DNA. 巻: 5:22 ページ: -
  • DOI: 10.1186/1759-8753-5-22
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Yb Integrates piRNA Intermediates and Processing Factors into Perinuclear Bodies to Enhance piRISC Assembly. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Murota, Hirotsugu Ishizu, Shinichi Nakagawa, Yuka W. Iwasaki, Shinsuke Shibata, Miharu K. Kamatani, Kuniaki Saito, Hideyuki Okano, Haruhiko Siomi, Mikiko C. Siomi
  • 雑誌名: Cell Reports. 巻: 8 ページ: 103-113
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2014.05.043
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small RNA profiling and characterization of piRNA clusters in the adult testes of the common marmoset, a model primate. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano T, Iwasaki YW, Lin ZY, Imamura M, Seki NM, Sasaki E, Saito K, Okano H, Siomi MC and Siomi H.
  • 雑誌名: RNA 巻: 20 ページ: 1223-1237
  • DOI: 10.1261/rna.045310.114
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Yb integrates piRNA intermediates and processing factors into perinuclear bodies to enhance piRISC assembly (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Murota, Hirotsugu Ishizu, Shinichi Nakagawa, Yuka W. Iwasaki, Shinsuke Shibata, Miharu K. Kamatani, Kuniaki Saito, Hideyuki Okano, Haruhiko Siomi and Mikiko C. Siomi
  • 学会等名: JAJRNA Meeting 2014
  • 発表場所: University of Technology Sydney（オーストラリア）
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-06
• [学会発表] Biogenesis of PIWI-interacting RNAs in drosophila germline (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩見美喜子
  • 学会等名: ComBio 2014
  • 発表場所: National Convention Centre（オーストラリア）
  • 年月日: 2014-09-27 – 2014-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] Functions of Yb in primary piRNA biogenesis in Drosophila (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩見美喜子
  • 学会等名: the Regulatory ＆ Non-Coding RNAs
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory（アメリカ）
  • 年月日: 2014-08-26 – 2014-08-31
  • 招待講演
• [学会発表] piRNA生合成関連因子Maelstromの機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 難波祐里香、佐藤薫、松本直樹、西増弘志、濡木理、塩見春彦、塩見美喜子
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] primary piRNA生合成に働くcis-elementの探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平形樹生、石津大嗣、塩見美喜子
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [学会発表] YbによるpiRNA生合成因子／piRNA前駆体の制御機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 室田友紀子、石津大嗣、中川真一、岩崎由香、芝田晋介、鎌谷太陽、齋藤都暁、岡野栄之、塩見春彦、塩見美喜子
  • 学会等名: 第16回日本RNA学会年会
  • 発表場所: ウインクあいち（名古屋市）
  • 年月日: 2014-07-23 – 2014-07-25
• [備考] 塩見研究室ホームページ
  • URL: http://www-siomilab.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/index.html