塚原 俊文 研究室

塚原 俊文 教授

生命機能工学領域
塚原研究室 塚原 俊文 教授

RNA研究に基づく、
新たな遺伝子治療医薬への挑戦

タンパク質の多様化を司る
選択的スプライシングの制御機構の解明

 私たちは、遺伝子や細胞も材料であるという観点から、生化学・分子生物学を基礎とする医学的応用研究に取り組んでいます。
 生命の情報は、(DNA→複製→)DNA→転写→RNA→翻訳→タンパク質、といった流れで伝達され、多様なタンパク質が機能を発現します。この原理は、セントラルドグマ、生物の中心的教義とよばれています。
ヒトゲノム計画の完了時、ヒトの遺伝子は2万数千種類、タンパク質は少なくとも20万種類以上あることが明らかになりました。タンパク質の設計図であるDNAの数に対し、その10倍ものタンパク質を、ヒトはどのようにして生成しているのでしょうか。実は、RNAからRNAa、RNAb、RNAcのように少しずつ異なるものができ、そこから少しずつ異なるタンパク質がつくられることで複雑な機能を有するヒトの生体が形成されているのです。
 このような一つの遺伝子から複数の転写産物を作る過程には、選択的スプライシングが関与しています。真核生物のDNAは、タンパク質の構造情報を持つエキソンが情報を持たないイントロンによって分断されています。DNAから転写されたRNA(mRNA前駆体)は、イントロンを切り捨てるスプライシングという段階を経て成熟mRNAになります。一方、エキソンの読み飛ばしなどにより、複数種の成熟mRNAがつくられる機構があり、これが選択的スプライシングとよばれています。組織特異的に遺伝情報が発現するには、選択的スプライシングが精密に制御されている必要があり、私たちは、このスプライシングの制御機構に興味を持っています。mRNA前駆体では様々な因子が相互作用してスプライシングを制御しており、私たちは、制御因子として重要な存在であるSRタンパク質の解明を進めています。
 これらの解析にはDNAマイクロアレイを用います。これは、核酸の塩基が、AとTまたはU、GとCのように相補的に結合するハイブリダイゼーションという性質を利用する方法です。cDNAマイクロアレイの場合、基板上にはプローブとよばれる相補的DNA(cDNA)が固定されており、ターゲットは、2種のサンプルから抽出したmRNAを逆転写によってcDNAに変換し、蛍光標識して調製します。これらターゲットがどのプローブと結合するかにより遺伝情報が得られ、蛍光強度によって定量化できます。

遺伝子変異を修復する
医薬の開発に挑む

 私たちが、主にターゲットとしているのは、神経です。
P19細胞は、様々な濃度のレチノイン酸処理によって多種の細胞に分化する多能性細胞であり、P19に比較的高濃度のレチノイン酸処理を行うと神経細胞が分化誘導されます。まず、ニューロンが出現する神経細胞期、続いてグリア細胞期へと移行します。この実験系に対し、エキソンアレイを用いてエキソンの発現情報を網羅的に解析したところ、神経特異的な選択的エキソン候補を、既知の3倍以上検出できました。さらに、RNA結合タンパク質Fox-1の野生型とその変異型との比較検証を行い、Fox-1が転写因子Mef2cのスプライシング制御に関与していることも発見しました。
 遺伝子変異に起因するタンパク質の機能不全から発症する疾患は数多くあります。私たちは、RNAに関して得た知見を基に、新たな遺伝子治療を探索しています。
 mRNA前駆体では、アミノ基の付加や脱却によって遺伝暗号が変換されるRNA編集が行われ、Cytidine(C)が脱アミノ化によってUridine(U)に変換されます。このプロセスを人為的に操作できれば、標的Cを脱アミノ化し、Thymidine(T)→C変異を元に戻すことが可能です。
 Leigh脳症という疾患では、DNA変異が病因の一つであることが知られています。ミトコンドリアDNAのATP合成酵素コード領域においてT→C遺伝子変異があり、アミノ酸配列ではLeucineがProlineに変化します。このため、生体のエネルギーの蓄えと放出に関与するATP(アデノシン三リン酸)合成酵素に支障が生じます。
 私たちは、Leigh患者由来試料を用いて遺伝子修復を試みました。
制限酵素が特定のDNA塩基配列を認識して切断することを利用すれば、RNA逆転写のDNA断片を制限酵素で処理し、切断の有無から変異の有無が検出できます。私たちは、光連結性核酸を利用し、化学的脱アミノ化によって変異したRNAの約10%が元の塩基配列に戻る可能性を見出しました。これを発展させて、遺伝子を標的にした変異を修復できる医薬の開発へ、さらに挑んでいきます。


塚原研究室の紹介
(7:27)

ナノとバイオの融合による生命現象の理解と応用

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