細胞の性分化を阻止する長鎖ノンコーディングRNAを発見

細胞内で機能を持つノンコーディングRNAを探し出す方法の開発と実践

2022/10/21 12:30

細胞の性分化を阻止する長鎖ノンコーディングRNAを発見 細胞内で機能を持つノンコーディングRNAを探し出す方法の開発と実践

【発表のポイント】

◆ 細胞研究は従来、DNAや酵素などのタンパク質に着目されてきたが、近年、「ジャンク」とされていた一部の長鎖ノンコーディングRNAが細胞の中で重要な働きを担っていることが明らかになってきた。そのため、未知のノンコーディングRNAを効率よく探し出し、その機能を解明することが求められている。

◆ 機能を有する未知のノンコーディングRNAを、その二次構造に着目して生物情報科学の手法を用いて探し出す方法を開発した。さらに、分裂酵母S. pombeが有するノンコーディングRNAの中から、性分化を阻止する働きを持つ長鎖ノンコーディングRNA「nc1669」を発見した。

◆ RNA研究において、二次構造に着目することの有効性を示し、細胞の分化・運命決定をおこなう因子としてノンコーディングRNAが多く関わっている可能性を示した。

早稲田大学大学院先進理工学研究科博士課程3年の大野悠（おおのゆう）、修士課程（研究当時）の片山研太（かたやまけんた）、同大理工学術院の浜田道昭（はまだみちあき）教授、佐藤政充（さとうまさみつ）教授らの研究グループは、生物情報科学の手法を用いて、機能を有する未知のノンコーディングRNAを探し出す方法を開発し、分裂酵母細胞内に存在するノンコーディングRNAの中から、性分化を阻止する働きを持つ長鎖のノンコーディングRNAを発見しました。

本研究成果は、Oxford University Press発行の『Nucleic Acids Research』（論文名：Structure-based screening for functional non-coding RNAs in fission yeast identifies a factor repressing untimely initiation of sexual differentiation）にて、2022年10月19日（水）に掲載されました。

■これまでの研究で分かっていたこと（科学史的・歴史的な背景など）

一般的に、細胞の活動に欠かせない実行部隊である酵素などはタンパク質からできていますが、タンパク質はもともとDNAの塩基配列がRNA（メッセンジャーRNA）に転写され、その後RNAからタンパク質に翻訳されてできたものです。しかし、RNAの中にはタンパク質に翻訳されないものがあり、これらはノンコーディングRNA※3と呼ばれます。中でも、比較的長い塩基配列からなる長鎖ノンコーディングRNAは、機能を持たない、つまり「ジャンク」なものだと長い間考えられてきました。しかし近年、一部の長鎖ノンコーディングRNAが細胞の中で重要な働きを担い、また、がんなどの疾患に関わることが明らかになっています。したがって、従来のようにタンパク質の機能を調べるのみではなく、長鎖ノンコーディングRNAの機能を明らかにしていくことが重要です。

ノンコーディングRNAは酵母細胞内に約1,800種類、ヒト細胞では数万種類存在することがわかっていますが、その中で、具体的な機能が明らかにされたものはわずか1％程度にとどまっています。そこで、莫大な種類のノンコーディングRNAの中から、細胞内で機能を有する未知のノンコーディングRNAを効率よく探し出し、その機能を解明することが求められています。

■研究の波及効果や社会的影響

これまでに、機能を持つ長鎖ノンコーディングRNAのスクリーニングは数多く行われていますが、二次構造に着目したスクリーニングはほとんど例がありません。本研究では実際にそれを行い、nc1669の重要な機能を発見しました。RNA研究において二次構造に着目することの有効性がより明確になったといえます。ヒトの疾患の原因となるRNAについて、本研究で開発した手法で近縁種と類似している二次構造を探し出せれば、その二次構造を標的とした薬剤の開発につながることが期待されます。

また、分裂酵母の性分化を制御する長鎖ノンコーディングRNAを発見した成果から、細胞の分化・運命決定をおこなう因子が必ずしも従来のタンパク質だけとは限らず、ノンコーディングRNAが多く関わっていることが徐々に明らかになると考えます。運命決定の考え方は従来とは大きく変わるだろうと捉えています。

■研究者のコメント

分裂酵母における二次構造に着目したRNAのスクリーニングは世界初の試みでしたが、nc1669の重要な機能を発見することができ非常に意義深い研究であると考えています。ヒトではノンコーディングRNAが疾患と関連する報告例が相次いでおり、今後、本手法を応用したヒトのノンコーディングRNA検索を実施したいと考えます。

■論文情報

雑誌名：Nucleic Acids Research

論文名：Structure-based screening for functional non-coding RNAs in fission yeast identifies a factor repressing untimely initiation of sexual differentiation

執筆者名（所属機関名）：大野悠、片山研太、大沼友樹、久保顕登、露崎隼、浜田道昭、佐藤政充

掲載日時：2022年10月19日（水）

掲載URL：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac825/6763385

DOI：10.1093/nar/gkac825

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