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独立した非膜性オルガネラとしてのパラスペックル形成の分子メカニズムに関する研究

高桑, 央 北海道大学

2023.12.25

概要

【背景と目的】 真核生物の細胞核内には、膜構造を持たない顆粒状の非膜オルガネ
ラ (Membraneless organelles; MLO) が多数存在している。近年 MLO が、その構
成因子である RNA やタンパク質の相分離と呼ばれる物理現象によって形成されるこ
とが明らかになった。一群の MLO は RNA をその必須の骨格として形成されているこ
とが明らかとなっており、その代表的なものとして NEAT1 長鎖ノンコーディング RNA
(Long noncoding RNA; lncRNA) によって形成される核内構造体パラスペックル
(Paraspeckle; PS) があげられる。PS は、スプライシング因子の集積する別の MLO
である核スペックル (Nuclear speckle; NS) の近傍に形成される。PS は、種々の
RNA 結合タンパク質 (RNA binding protein; RBP) や特定の RNA を繋留する分子
スポンジとして機能し、遺伝子発現制御に重要な働きをすることが知られている。PS
には 60 種類以上のタンパク質が集積し、その中でも SFPQ や NONO, FUS,
RBM14, SWI/SNF 複合体のタンパク質因子は PS の形成に必要不可欠である。PS
は、コア-シェル構造を持つ MLO であることが知られており、NEAT1 lncRNA は 5’
側と 3’側が構造体のシェル (表面) に、中央領域がコア (中心) に局在するように折り
たたまれた状態で PS の内部に配置される。23 kb にも及ぶ NEAT1 lncRNA のどの
RNA 領 域 が PS の 機 能 や 性 状 を 規 定 し て い る の か を 探 索 す る た め に 、
CRISPR/Cas9 システムを用いて NEAT1 の様々な領域を欠失した変異細胞株を多
数樹立し、PS の表現型の解析が行われた。その結果、NEAT1 の特定の RNA 領域
は、PS のアセンブリーやコア-シェル構造形成に必要不可欠であることが明らかとなっ
た。
MLO は周囲の細胞内空間との明確な「仕切り」がないにもかかわらず、互いに独立
した構造体として混じり合わずに共存している。PS は NS の近傍に形成されるが、2 つ
の MLO が独立した構造体として存在するための分子メカニズムは未だ不明である。
そこで本研究では、PS と NS をモデルとして、別々の MLO 同士が分離して存在する
ための分子機構を明らかにすることを試みた。
【方法と結果】 NEAT1 の 5’側と 3’側を大きく欠失した mini-NEAT1 変異細胞株にお
いて、PS が通常近接する独立した MLO である NS の内部に包含されるという予想外
な表現型を示した。この結果は、NEAT1 の特定の RNA 領域が、PS を独立した
MLO として存在させるために必要であることを示している。より詳細な表現型の解析を
行うため、超解像度顕微鏡を用いた解析を行なった。その結果、mini-NEAT1 変異
株でのパラスペックル (mini-PS) は NS の内部に取り込まれているものの、完全には
混じり合わずに、そのコア-シェル構造は保持されていた。 ...

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参考文献

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