東大など、複合体RISCが標的RNAを素早く正確に切る仕組みを解明

RNAiの仕組みに１分子観察で迫る
〜複合体RISCが標的RNAを素早く正確に切る仕組み〜


１．発表者：
　姚　春艶（東京大学大学院新領域創成科学研究科　研究員（当時）、現・中国第三軍医大学　准教授）
　佐々木　浩（東京大学分子細胞生物学研究所　助教）
　上田　卓也（東京大学大学院新領域創成科学研究科　教授）
　泊　幸秀（東京大学分子細胞生物学研究所　教授）
　多田隈　尚史（京都大学物質細胞統合システム拠点　特定研究員）


２．発表のポイント：
　◆小さなRNA（注１）が特定のタンパク質の合成を抑えるRNAi（注２）という現象は、医療への応用が期待されていますが、従来は、RNAiが作用している様子を観察することができず、詳細な分子機構は不明でした。
　◆今回、小さなRNAとタンパク質の複合体が標的RNAを切断してRNAiを引き起こす過程を分子１個のレベルでリアルタイムに観察し、その詳細な仕組みを明らかにしました。
　◆本研究成果により、例えば病気の原因となるタンパク質の産生を抑えることで遺伝子治療を行うなど、RNAiを応用した次世代医薬品の開発を加速することが期待されます。


３．発表概要：
　小さなRNAが特定のタンパク質の合成を抑えるRNAiという現象は、遺伝子のはたらきを調べる方法として、生物学実験に幅広く利用されています。RNAiは、小さなRNAとアルゴノート（注３）と呼ばれるタンパク質からなる複合体RISC（注４）が、標的RNAに結合し切断することで引き起こされます。しかし、RISCがどのように切断しているかについては、これまで詳しく調べる方法がなく謎に包まれていました。

　今回、東京大学の上田卓也教授、泊幸秀教授、京都大学の多田隈尚史特定研究員らの研究チームは、東京大学の姚春艶研究員（研究当時）、佐々木浩助教らと、１分子イメージング技術（注５）を用いて、RISCが標的RNAを切断する過程を分子１個のレベルで観察することに、初めて成功しました。これは、RISCが標的を切断する仕組みを解き明かす画期的な研究成果であるとともに、現在進められているRNAiを利用した次世代医薬品（注６）の開発など、RNAiのさらなる応用を加速することが期待されます。
　（本論文掲載号では、今回の研究成果を図案化した表紙デザインが採用される予定です）


４．発表内容：
　RNAiとは、小さなRNAが標的とするメッセンジャーRNAの切断を引き起こし、特定のタンパク質の合成を抑えるという生命現象です。RNAiは、人工的に合成した小さなRNAやその前駆体を外部から細胞へ導入することで引き起こすことができるため、遺伝子のはたらきを調べる方法として生物学実験に幅広く利用されています。

　RNAiは、小さなRNA１本鎖とアルゴノートと呼ばれるタンパク質からなる複合体RISCが、正しい標的を認識し切断することで引き起こされます。これまでの研究からRISCが“どのような”標的を切断するのかに関しては詳しく分かってきましたが、“どのように”切断するのかは詳しく調べる方法はなく、謎に包まれていました。

　今回、東京大学の上田卓也教授、泊幸秀教授、京都大学の多田隈尚史特定研究員らの研究チームは、東京大学の姚春艶研究員（研究当時）、佐々木浩助教らと、モデル生物であるショウジョウバエを用いて、RISCに取り込まれる小さなRNAに蛍光分子（注７）で目印をつけ、１分子イメージング技術を用いることで、RISCが標的を切断する過程を分子１個のレベルでリアルタイムで観察することに、初めて成功しました（図１）。その結果、これまではとらえることができなかったRISCが標的を切断する詳細な過程が分子レベルで明らかになりました。RISCは標的を素早く、正確に切断する必要がありますが、この２つは通常は相反する性質です。これまでの生化学的、結晶構造学的知見から、RISCに内包する小さなRNA１本鎖が２つの部分（“シード”部分と“その他”部分）に分かれており、役割分担することで素早さと正確さを両立している事が示唆されていましたが、直接的な証拠に欠けていました。本研究では、リアルタイムに標的切断過程を観察することで、RISCはまず“シード”部分で素早く標的に結合し、その後、標的が正しいかどうかを“その他”部分で検証していること（校正機能）が直接的に観察されました。一方で標的切断後は２つの部分は明瞭な役割分担はなく、切断され２つに分断された標的はランダムに放出されることが明らかになりました（図２）。これらの結果は、RISCによる標的切断の仕組みを解明し、RNAiの分子メカニズムを詳細に明らかにした画期的な研究成果です。本論文が掲載されるMolecular　Cell誌には、今回の研究成果を図案化した表紙デザインが採用される予定であり、本論文の研究成果が高く評価された結果と言えます。さらに研究の波及効果として、現在進められているRNAiを利用した次世代医薬品の開発など、RNAiのさらなる応用を加速することが期待されます。


５．発表雑誌：
　雑誌名：Molecular　Cell（掲載：７月２日）
　論文タイトル：Single−molecule　analysis　of　the　target　cleavage　reaction　by　Drosophila　RNAi　enzyme　complex
　著者：Chunyan　Yao，Hiroshi　M　Sasaki，Takuya　Ueda，Yukihide　Tomari（＊）　and　Hisashi　Tadakuma（＊）
　　（＊責任著者）
　DOI番号：１０．１０１６／j．molcel．２０１５．０５．０１５
　この研究を行った研究チームのメンバーは以下の通りです。
　姚　春艶（東京大学大学院新領域創成科学研究科　研究員（当時）／現・中国第三軍医大学准教授）、佐々木　浩（東京大学分子細胞生物学研究所　助教）、上田　卓也（東京大学大学院新領域創成科学研究科　教授）、泊　幸秀（東京大学分子細胞生物学研究所　教授）、多田隈　尚史（京都大学物質細胞統合システム拠点　特定研究員）


　※用語解説・添付資料（図１・２）は添付の関連資料を参照