Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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 / Piwi

トランスポゾンの利己的な転移活性による生殖ゲノムの損傷は種の保存を脅かすため、有性生殖を伴う動物は、進化の過程でpiRNAを中核因子とするRNAサイレンシング機構を自己防衛手段として獲得したと考えられている。しかし、その動作原理は未だ不明である。本研究では、piRNAの動作原理を明らかにすることを目的とした。piRNAは、piRNAクラスタから転写された前駆体から生成されるが、piRNA生合成の仕組みは未だ明らかになっていないため、その解明に取り組んだ。piRNA生合成の必須因子としてArmitageが知られる。ArmitageのRNA結合様式を調べたところ、通常の状態ではArmitage はpiRNA前駆体に特異的に結合するが、上流因子Ybが存在しない場合は様々な細胞内RNAに結合してしまい、また、これらのRNAからトランスポゾン抑制の機能をもたないpiRNAを作り出してしまうことが判明した。つまりYbはArmiのRNA結合の特異性を制御する因子であり、ArmitageはpiRNA生合成を促進する因子であることが判明した。この成果はCell Reports誌に報告した。並行してpiRNA生合成の場として知られるYb bodyの形成機構及び要求性に関して研究を進めた。Yb bodyに局在する因子としてはYb、Armitage、SoYb、Vretが知られる。本解析から、YbのRNA結合能があればYb bodyが形成されること、その形成後は、Armi、Soyb/Vretの順番でタンパク質相互作用を介してYb bodyに順次局在することがわかった。Yb bodyが液相分離によって形成されることも判明した。この成果はEMBO Reports誌に報告した。

生殖細胞 / エピジェネティクス / クロマチン / トランスポゾン / Piwi / piRNA / エピゲノム / RNAサイレンシング

哺乳類生殖エピゲノム形成機構の解析を行い、マウスゴノサイト期にメガベースサイズのクロマチン領域がダイナミックに変動することを見出しDAD (Differentially accessible domain) と名付けた。DADの形成に伴いその領域内のヒストンの修飾とDNAのメチル化が変化すること、さらに、DAD領域に存在する転移因子の転写が活性化されることを見出した。一方、ハムスターのPIWI遺伝子欠失個体（KOハムスター）の作製に成功した。PIWIL1 KO個体は雄雌共に不稔であった。これは、哺乳類におけるPIWI変異による雌不稔の初めての例であり、学術的な意義は大きい。

piRNA / 生殖細胞 / ショウジョウバエ / トランスポゾン / RNAサイレンシング

20-30塩基長の小分子RNAによる遺伝子発現抑制機構をRNAサイレンシングと呼ぶ。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、PIWI-interacting RNA（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RNAサイレンシング機構を介して生殖細胞のゲノムをまもると同時に、生殖組織の分化を正常に導く。しかし、その動作原理は未だ不明である。piRNAによるトランスポゾンのサイレンシング機構はpiRNA生合成機構とpiRNAによるトランスポゾン発現抑制機構の二つに分けられるが、本研究では、特にpiRNA生合成機構に焦点を絞り、その仕組みを包括的に理解することを目指す。これまでのpiRNA研究を通して培った研究基盤や成果を活かしつつ本研究を進展させる。本年度は、特に人工的piRNA系を確立することを目的として研究をすすめた。我々はこれまでにtraffic jam mRNA 3’UTRを由来とするジェニックpiRNAの発現に必須なシス配列（100塩基長）を決定したが、この配列に相同性が高い配列を、ジェニックpiRNAを発現する他のmRNAに見出す事はできなかった。つまり、ジェニックpiRNAの生合成機構は、核酸の一次配列ではなく、他の要因をもとに、前駆体を選別している可能性が見出された。そこで、その様な要因を探りあてるため、ジェニックpiRNAを発現する他のmRNAにおいてシス配列として機能する断片を決定することにした。現在、コンストラクトを作成中である。コンストラクトの作成後は、OSCにそれらを発現させることによって、またnorthern解析をすすめることによって、ジェニックpiRNA産生に必要な部分配列を同定する。traffic jam mRNA 3’UTRを由来とするジェニックpiRNAの発現に必須なシス配列との相同性を探る。

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

PIWI-interacting RNA（piRNA）は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まもる役割を担う。しかし、その動作原理は未だ不明である。本研究課題では、特に[I] piRNA生合成と[II] piRNAによる核内サイレンシングの仕組みに焦点を絞り解析を進めることによってpiRNA機構の全貌解明を目指した。また、[III] 人工piRNAを産生する仕組みの構築および人工piRNAによる任意遺伝子の抑制も目指した。いずれの項目においても当初の計画以上の進展があり、複数の論文として発表することができた。

【研究協力者】
蓮輪英毅
岩崎由香
山中総一郎
村野健作

【研究連携者】
石津大嗣	慶應義塾大学	医学部	助教	(Kakenデータベース)