リボソームCODEの破綻とリボソーム病発症の分子機構

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25291003
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 剣持 直哉 宮崎大学, フロンティア科学実験総合センター, 教授 (00133124)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: リボソーム / 疾患モデル / 翻訳 / ダイヤモンド・ブラックファン貧血 / 造血異常 / 発がん / 核小体 / ゼブラフィッシュ

研究実績の概要

mRNAの選択的翻訳を制御する「リボソームCODE」の存在を明らかにし、その破綻が引き起こすリボソーム病の発症機構を明らかにするために、本年度は以下の解析を実施し新たな知見を得た。
1.　DBAモデルにおいて翻訳効率が低下した遺伝子の解析：DBAモデル（RPS19のノックダウン胚）において翻訳効率が大きく低下した上位2遺伝子について、造血との関連を解析した。そのうち1つの遺伝子については、mRNAをDBAモデルに注入すると造血の回復が確認されたことから、RPS19の下流で赤血球産生に働いており、DBA発症の鍵になる遺伝子であることが示唆された。
2.　患者エクソームデータの解析：DBAモデルで翻訳効率が低下した上位20遺伝子の患者エクソームデータの解析を行い、6種類の遺伝子で変異を同定した。また、3個の遺伝子は造血に関与していることも明らかになった。
3.　 RNA修飾と翻訳活性の解析：28S rRNAの398番目のアデノシンのメチル化を低下させたゼブラフィッシュ胚を用いて、ポリソームmRNAの解析およびトランスクリプトーム解析を行った。その結果、翻訳効率が上昇している遺伝子418個、低下している遺伝子638個を同定した。また、翻訳効率が低下した遺伝子のジーンオントロジー解析を行い、脳、脊索、神経板、眼などの形成に関与する遺伝子の翻訳レベルの発現が大きく影響を受けていることを明らかにした。
4.　新規DBA候補遺伝子の機能解析：患者エクソーム解析で新たに変異が同定されたRPS15A遺伝子の機能解析をゼブラフィッシュで行った。ノックダウン胚ではDBA患者と同様に赤血球の減少が認められ、正常なmRNAの注入による造血の回復も見られたことから、本遺伝子が新規のDBA遺伝子であることが明らかになった。

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

DBAモデルの解析は順調に進んでおり、翻訳効率が大きく低下した遺伝子も同定した。また、ポリソームmRNAの解析によりRNA修飾とリボソーム活性の関係も明らかになりつつある。さらに、新規のDBA遺伝子も同定するなど、研究は全体として「おおむね順調に進展している」と考えられる。

今後の研究の推進方策

翻訳効率が低下した遺伝子の解析を進め論文として発表する。また、現在進行中のゲノム編集技術（CRISPR/Casシステム）を用いたゼブラフィッシュ変異体の完成を目指す。

次年度使用額が生じた理由

他のプロジェクトで類似の研究を行っていたため、消耗品や魚の飼育費などの経費が抑制され、当初見込額との間に差額が生じた。

次年度使用額の使用計画

物品費は、一般的な試薬・器具の他、ゼブラフィッシュの飼育費などに使用する。旅費は、EMBLカンファレンスおよび生化学会など関連学会への参加・発表のための経費として使用する。人件費・謝金は、研究を効率的に進めるために研究員を雇用する経費として使用する。その他の経費は、論文発表するための投稿料、学会の参加料などに使用する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Missouri-Kansas City(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Missouri-Kansas City
• [雑誌論文] Incomplete splicing of neutrophil-specific genes affects neutrophil development in a zebrafish model of poikiloderma with neutropenia (2015)
  • 著者名/発表者名: Patil, P., Uechi, T. Kenmochi, N.
  • 雑誌名: RNA Biology 巻: 12 ページ: 426-434
  • DOI: 10.1080/15476286.2015.1017240
  • 査読あり
• [雑誌論文] scaRNAs regulate splicing and vertebrate heart development (2015)
  • 著者名/発表者名: Patil, P., Kibiryeva, N., Uechi, T., Marshall, J., Artman, M., O'Brien, J.E., Kenmochi, N. Bittel, D.C.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Acta 巻: 1852 ページ: 1619-1629
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2015.04.016
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Role of rRNA modification in zebrafish development (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kenmochi, Tamayo Uechi, Sayomi Higa-Nakamine, Maki Yoshihama, Tsutomu Suzuki
  • 学会等名: EMBL Conference on The Epitranscriptome
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2016-04-20 – 2016-04-22
  • 国際学会
• [学会発表] Ribosomal dysfunction leads to erythropoiesis failure in a zebrafish model of Diamond-Blackfan anemia (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoya Kenmochi, Tamayo Uechi, Yukari Nakajima, Maki Yoshihama, Yutaka Suzuki, Sumio Sugano
  • 学会等名: The 13th International Congress of Human Genetics
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-04-03 – 2016-04-07
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of the cardiovascular toxicity of oxidized cholesterols using the zebrafis as an animal model (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Kurogi, Maki Yoshihama, Naoya Kenmochi, Yoichi Sakakibara, Masahito Suiko, Frederick Williams, Ming-Cheh Liu
  • 学会等名: American Society for Biochemistry and Molecular Biology
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-04-02 – 2016-04-06
  • 国際学会
• [学会発表] Aberrant translation and ribosomopathies: studying the molecular pathogenesis of human diseases using zebrafish as a model animal (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamayo Uechi, Yukari Nakajima, Maki Yoshihama, Shiori Ishida, Tsutomu Toki, Yutaka Suzuki, Sumio Sugano, Etsuro Ito and Naoya Kenmochi
  • 学会等名: The International Meeting on Aquatic Model Organism for Human Disease and Toxicology Research
  • 発表場所: Okazaki, Japan
  • 年月日: 2016-03-18 – 2016-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] Decreased translation efficiency of mRNAs required for hematopoiesis in a zebrafish model of Diamond-Blackfan anemia (2016)
  • 著者名/発表者名: Tamayo Uechi, Yukari Nakajima, Maki Yoshihama, Tsutomu Toki, Yutaka Suzuki, Sumio Sugano, Etsuro Ito and Naoya Kenmochi
  • 学会等名: The 14th Diamond Blackfan Anemia International Consensus Conference
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 2016-03-05 – 2016-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いたダイアモンド・ブラックファン貧血の新たな原因遺伝子の同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石田詩織, 上地珠代, 池田史圭, 土岐力, 吉田健一, 小川誠司, 伊藤悦朗, 剣持直哉
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] ゼブラフィッシュを用いたリボソーム病発症メカニズムの解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上地珠代, 中島由香里, 吉浜麻生, 鈴木穣, 菅野純夫, 剣持直哉
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] リボソーム病モデルを用いた発症機序の解明と化合物スクリーニング (2015)
  • 著者名/発表者名: 上地珠代, 吉浜麻生, 中島由香里, 上米良美香, 剣持直哉
  • 学会等名: 第1回ゼブラフィッシュ創薬研究会
  • 発表場所: 三重大学医学部（津市江戸橋）
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-06
• [学会発表] Exome sequencing identified RPS15A as a novel causative gene in a Dimond-Blackfan anemia family (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumika Ikeda, Kenichi Yoshida, Tsutomu Toki, Rika Kanezaki, Kiminori Terui, Yoji Sasahara, Aiko Sato-Otsubo, Yuichi Shiraishi, Kenichi Chiba, Hitoshi Kanno, Shouichi Ohga, Akira Ohara, Seiji Kojima, Tamayo Uechi, Naoya Kenmochi, Satoru Miyano, Seishi Ogawa, Etsuro Ito
  • 学会等名: 第77回日本血液学会学術集会
  • 発表場所: 石川県立音楽堂（金沢市昭和町）
  • 年月日: 2015-10-16 – 2015-10-18
• [学会発表] Selected mRNA translation and ribosomopathies: studying the molecular pathogenesis of congenital anemia using zebrafish as a model system (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamayo Uechi, Yukari Nakajima, Maki Yoshihama, Yutaka Suzuki, Sumio Sugano, and Naoya Kenmochi
  • 学会等名: International Conference on Ribosome Synthesis
  • 発表場所: Brussels, Belgium
  • 年月日: 2015-08-19 – 2015-08-23
  • 国際学会
• [図書] 非コードRNA：第4章snoRNA (2016)
  • 著者名/発表者名: 剣持直哉，吉浜麻生
  • 総ページ数: 00
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 動物実験プロトコール：ゼブラフィッシュを用いた疾患モデルの作製・解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 剣持直哉，上地珠代
  • 総ページ数: 146
  • 出版者: 宮日文化情報センター