東大、生殖細胞ゲノムを守る小分子ＲＮＡがつくられるしくみを解明

生殖細胞ゲノムを守る小分子ＲＮＡがつくられるしくみ


河岡慎平、泉奈津子、勝間進、泊幸秀（ＲＮＡ機能研究分野）
Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｃｅｌｌ，Ｖｏｌｕｍｅ　４３，Ｉｓｓｕｅ　６，１０１５−１０２２，１６　Ｓｅｐ　２０１１



発表概要：
　私たちヒトをはじめとする真核生物の遺伝情報は、生殖細胞を通して正確に次世代へと受け継がれます。ところが、真核生物のゲノムには、正確な遺伝情報伝達をかく乱するような、トランスポゾンと呼ばれる利己的因子群が存在します。近年、ＰＩＷＩ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ　ＲＮＡ（ｐｉＲＮＡ）と呼ばれる小さなＲＮＡが、トランスポゾンのはたらきを抑えることで、次世代への正確な遺伝情報の伝達を助けている、ということが分かってきました。ｐｉＲＮＡ経路に異常が生じると、トランスポゾンのはたらきが活発化するのみならず、精子形成や卵形成が正常に行われなくなり、不妊になることが、ショウジョウバエやマウスを用いた研究で明らかになっています。しかしながら、これまで、ｐｉＲＮＡ経路の中核分子であるｐｉＲＮＡがつくられるしくみは未解明のままでした。私たちは今回、ｐｉＲＮＡがつくられる様子を試験管内で再現することに世界ではじめて成功し、ｐｉＲＮＡがつくられる過程を明らかにしました。本発見を土台として、今後、ｐｉＲＮＡが生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから守る分子基盤が明らかにされていくことが期待されます。


発表内容：
　私たちヒトをはじめとする真核生物のゲノム　１）には、トランスポゾン　２）と呼ばれる、ゲノムを自由に飛び回ることのできる利己的な因子群が存在します。トランスポゾンの転移はときに有用な遺伝情報を破壊し、甚大な負の効果をもたらすことがあります。特に、遺伝情報を次世代へと伝達する役割を担う生殖細胞　３）におけるトランスポゾンの転移は、適切に抑制されていなければなりません。
　近年、ＰＩＷＩ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ　ＲＮＡ（ｐｉＲＮＡ）と呼ばれる２３−３０塩基長の小さなＲＮＡと、それらの結合パートナーであるＰＩＷＩサブファミリータンパク質群（以下、ＰＩＷＩタンパク質群）が、生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから保護していることが明らかとなってきました。真核生物のゲノム中には、現時点で飛び回る能力のあるトランスポゾンだけではなく、かつて飛び回ったトランスポゾンの残骸のような領域が存在することが知られています。ｐｉＲＮＡの多くは、このようなトランスポゾンの残骸領域から作られ、活性のあるトランスポゾンＲＮＡに相補的な塩基配列　４）を持ちます。ｐｉＲＮＡは、核酸を切断する活性を有するＰＩＷＩタンパク質群をトランスポゾンＲＮＡに導き、自身の配列特異的にトランスポゾンＲＮＡの切断を引き起すことで、トランスポゾンを抑制していると考えられています。ショウジョウバエ、マウスなどにおいては、ｐｉＲＮＡ経路に異常が生じると、トランスポゾンが活発化するだけでなく、卵形成、精子形成が正常に行われなくなり、不妊になることが分かっています。
　さて、トランスポゾン防御機構の中核であるｐｉＲＮＡがどのように作られるか、ということは現在までほとんど明らかになっていませんでした。私たちは、カイコ卵巣に由来する培養細胞　５）であるＢｍＮ４細胞から調製したタンパク質抽出物を用いて、ｐｉＲＮＡが作られる様子を試験管内で再現することに成功しました。これにより、成熟型のｐｉＲＮＡよりも長い一本鎖のＲＮＡがＰＩＷＩタンパク質に取り込まれ、その後に「トリマー」と名付けた未知の核酸分解酵素によって適切な長さに削り込まれたあと、さらに末端が修飾されることにより成熟体ｐｉＲＮＡができあがる、ということが分かりました（図）。興味深いことに、今回明らかとなったｐｉＲＮＡのつくられ方は、これまでに知られている他の小分子ＲＮＡのつくられ方とはまったく異なっていました。
　他のクラスに属する小分子ＲＮＡであるｓｍａｌｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ　ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）やｍｉｃｒｏＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）に関する研究は、試験管内でこれらの小分子ＲＮＡがつくられ機能する様子を再現できるシステムが構築されたことによって飛躍的に進展し、基礎、応用を問わずさまざまな研究領域をうみだしてきました。ｐｉＲＮＡは、単純に生殖細胞ゲノムをトランスポゾンから守っているだけではなく、精子形成、卵形成という重要な生命現象にかかわることが示唆されています。本成果によって、ｐｉＲＮＡ研究が大きく進展し、これらの生命現象の理解が進展することが期待されます。


用語解説：
　１）ゲノム：デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）からなる、生命の設計図。ゲノム情報はリボ核酸（ＲＮＡ）のかたちで読み取られる。ＲＮＡは、そのままで機能する場合と、タンパク質へと翻訳される場合がある。
　２）トランスポゾン：ゲノム中を自由に転移する能力をもつＤＮＡ配列の総称。トランスポゾンの転移によって、ゲノム上の重要な配列の構造が破壊されることがある。
　３）生殖細胞：次世代へと遺伝情報を伝える役割を担う細胞。
　４）塩基配列：遺伝情報の構成要素である塩基の並び方のこと。塩基は通常４種類存在し、２種類ずつペアを組む。ペアを組む配列を相補的な配列と呼ぶ。
　５）培養細胞：生体組織に由来する半不死化細胞のこと。適切な条件であれば長期間安定的に培養することができる。


Ｓｈｉｎｐｅｉ　Ｋａｗａｏｋａ，Ｎａｔｓｕｋｏ　Ｉｚｕｍｉ，Ｓｕｓｕｍｕ　Ｋａｔｓｕｍａ，Ｙｕｋｉｈｉｄｅ　Ｔｏｍａｒｉ
３´ｅｎｄ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＩＷＩ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ　ＲＮＡｓ　ｉｎ　ｖｉｔｒｏ．

Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｃｅｌｌ，Ｖｏｌｕｍｅ　４３，Ｉｓｓｕｅ　６，１０１５−１０２２，１６　Ｓｅｐ　２０１１



※参考図は添付の関連資料を参照