細胞がRNAを長さに応じて分類

　京都大学は、細胞がRNAを長さに応じて分類するメカニズムについて、hnRNP Cの四量体が「分子のものさし」となってRNAの長さを測り、RNAを長さに応じて仕分けすることを確認したと発表した。同成果は、同大ウイルス研究所の大野睦人 教授、マクロースキー亜紗子 同教務補佐員らの研究グループによるもので、3月29日付けの科学誌「Science」に公開された。

　遺伝子が発現する過程で、DNAの情報はまずRNAにその情報が写し取られる(転写)。この転写を行うRNA合成酵素がRNAポリメラーゼであり、そのRNAの情報に基づいてタンパク質が合成される(翻訳)。このタンパク質の情報を担うRNAがメッセンジャーRNA(mRNA)と呼ばれる。
　バクテリアでは転写と翻訳の場所は同じだが、ヒトのような真核生物、つまり核を持っている生物では、転写と翻訳が違う区画で行われるため、転写の場所である核から翻訳の場所である細胞質へとmRNAを輸送する必要がある。

　これまで研究グループでは、複数の共通点を持つ似たもの同士であるmRNAとU snRNAという短いRNAの間がどのように区別されているのかを調査しており、その結果、RNAの長さが重要であることを発見していた。人工的に長くしたU snRNAはmRNAの因子群で、逆に短くしたmRNAはU snRNAの因子群で核外へ輸送されるようになった。また、その切り替わりの長さの境目は約200～300塩基長であったことを確認したが、この結果から細胞にはRNAの長さを測り、輸送経路を決定するメカニズムが存在することを導き出したが、のメカニズムについては謎のままであった。

　今回、研究グループでは、様々な実験を行い、細胞がRNAを長さに応じて分類するメカニズムの解明に挑んだ。その結果、RNAポリメラーゼ(II型)による転写開始直後、染色体DNAから新生RNAの末端が現れ始めると、そこにキャップ構造という特殊な構造が付加され、キャップ構造結合因子CBCが結合することを発見した。
　また、この時点では、このRNAが将来mRNAになるのかU snRNAになるのか細胞にはわからないが、転写がさらに進み、新生RNAの長さが200～300塩基長より長くなると、hnRNP CというRNA結合タンパク質の四量体が安定に結合できるようになり、そのような転写物はmRNA前駆体であると分類され、同時にU snRNA輸送因子であるPHAXのその転写物への結合が阻害される。逆に、RNAの長さが200～300塩基長より短いまま転写が終了した場合、 hnRNP Cの四量体が安定に結合できず、そのような転写物はU snRNA前駆体であると分類され、PHAXをはじめU snRNA輸送因子群がRNA上に集合するといったhnRNP Cの四量体が「分子のものさし」となってRNAの長さを測り、RNAを長さに応じて仕分けすることを確認したという。～マイナビニュース

どのようにして細胞状態を感知？

　産総研は3月27日、ヒト細胞核中の「U7核内低分子RNA(U7 RNA)」が、細胞内の状態に応じて、2つの相反する遺伝子発現制御を行うことを発見したと発表した。研究の詳細な内容は、「米国科学アカデミー紀要(PNAS)」に掲載の予定。

　ヒトゲノム解析によって、ヒトのタンパク質遺伝子の数が、マウスのものとほとんど変わらないことが判明した。そして「ポストゲノム研究」によって、ヒトゲノムやマウスゲノムの大部分から、機能のわからないRNA(リボ核酸)が多数生産されていることも明らかになった。
　ゲノム配列の決定を受けて、ゲノム機能解明を指向した一連の分子生物学/医学研究が行われるようになったのだが、それらを総称してポストゲノム研究と呼ぶ。ゲノムから合成されたRNAを網羅的に解析する「トランスクリプトーム解析」などは、ポストゲノム研究の1つである。トランスクリプトーム解析に関しては、ヒトとマウスにおいて実施され、7割以上というゲノム中の大部分が転写されRNAが産生されていることが明らかになっている。その後高速シーケンサーの出現により、その解析精度が飛躍的に向上した。
　ポストゲノム研究が進む中、機能不明のRNAについても徐々にわかってきたことがある。それらはタンパク質のアミノ酸配列をコードしない(翻訳する情報を含まない)ことから、「ノンコーディングRNA」と呼ばれている。タンパク質へと翻訳されずにRNA自身で働く機能性RNAであり、働く場は主に細胞核内においてと目されている。ちなみにポストゲノム解析によって数1000種類に上るノンコーディングRNAが見出されたが、ほとんどの場合その機能は不明だった。
　しかし、最近になってそうしたノンコーディングRNAの一部が、遺伝子発現の制御や細胞内構造形成、さらには疾患の発症にかかわることが明らかにされ、RNAの制御機能に注目が集まってきている。
　DNAに結合して染色体を構成するタンパク質「ヒストン」(酸性のDNAとは高い親和性)は塩基性が強く、結合するDNAがなくて単独となった過剰なヒストンは、細胞にとって有害である。そのためヒストンの遺伝子は、細胞内のDNA複製時期(S期)にだけ発現するように厳密に制御され、細胞核内で新しい染色体が形成されるS期にのみヒストンが合成される仕組みだ。

　このように、U7 RNAは、S期にはヒストン合成を促進し、S期以外にはヒストン合成を抑制するという2つの重要な役割を担っていることが判明。研究グループは、こうしたRNA機能を利用することにより、発現強度を段階的に調節できる人工遺伝子スイッチの開発などの応用が期待されるとした。
　U7 RNAの2つの機能のメカニズムの詳細を解明する。さらに、どのようにして細胞状態を感知して機能を転換できるのかを明らかにする予定だ。また、ヒストン遺伝子以外のU7 RNAの標的を探索/同定することも目指すとしている。～マイナビニュースより

硫化水素を餌

　海上保安庁は７日、世界で最も深いマリアナ海溝チャレンジャー海淵の北東約８０キロの水深５６２０メートルの海底で、貝の一種がマントル物質から栄養を取って生息しているのを発見したと発表した。調査結果は米科学アカデミー紀要電子版に掲載される。
　同庁海洋情報部の小原泰彦上席研究官は「地球上でどう生命が誕生したかを解明する手掛かりになり得る」としている。
　同部によると、発見したのはシロウリガイ類。海底でむき出しになっているマントル物質の岩から冷たい湧き水が出る場所で、大規模に生息していた。
　この場所では、マントル物質の岩が水と反応して変質し、水素とメタンを生成。シロウリガイ類は、このメタンが化学反応を起こして作られる硫化水素を餌とし、生命を維持していると考えられるという。（2012/02/07-19:34）時事

生命の誕生は熱水環境から

　初期生命に近い好熱菌のゲノムをメタゲノム解析で解読（生命の誕生は熱水環境から）～初期生命の姿の解明にまた一歩近づいた～

　独立行政法人海洋研究開発機構（理事長 加藤康宏）海洋・極限環境生物圏領域の靍見英人上席研究員らの研究チームは、地下鉱山温泉の流路に棲息する微生物群のメタゲノム解析を行い、未培養の好熱菌である「アセトサーマス」のゲノムを概ね解読しました。これによって、アセトサーマスは、古細菌とバクテリアの共通祖先（初期生命）が有していたと考えらえているエネルギー代謝機能を保持しており、既知のバクテリアの中では最も共通祖先に近いことを見出しました。
　このアセトサーマスは、原始地球環境で有利に働いたと考えられる糖質合成酵素を有しており、初期生命時代の機能を色濃く残す始原的なバクテリアであることが分かりました。
本成果は、初期生命体が、自立型の古細菌、バクテリアに分岐した時点に保持していたと考えられる機能の存在を示す物証につながるものであり、生命誕生から生物進化の初期プロセスに関する学説について、ゲノム解析の面から新たな知見を与える画期的な成果です。
　本成果は1月18日付け（日本時間）のPublic Library of Science One (PLoS One) （電子版）http://www.plosone.org/home.actionに掲載される予定です。独立行政法人海洋研究開発機構

RNA分子が化学反応を触媒

　一般にウイルス単独では増殖できず、感染させる生物(宿主)のタンパク質を利用し初めて増殖する機能を持ちます。この、生物と無生物の間のような存在のウイルスから、最も原始的な生命の姿が垣間見えるような研究成果が発表されました。～産総研

　ウイルスと生物とが決定的に違うのは、ウイルス単独で代謝、増殖できないことです。通常、生物が増殖する時にはDNAも複製され、娘細胞にも同じDNAが引き継がれます。DNAはアデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)(RNAの場合はウラシル(U))の4種類の塩基が並んでできた生命の設計図です。アデニンにはチミン/ウラシル、シトシンにはグアニンが必ずペアになることを利用して1つのDNA/RNAを鋳型としてコピーが作られます。このコピー作業は、細胞が自己の複製を作るときはもちろん、遺伝情報を読み出して(転写)タンパク質を作るときにも、なくてはならない作業です。この生命にとって最も基本的な作業は、多くの種類の酵素と呼ばれるタンパク質が、それぞれ分業で担当しています。ところがウイルスはこれらのタンパク質を自身では持たず、宿主の酵素を利用して自らの遺伝情報をコピーしています。

　翻訳因子は全ての生物に存在し、タンパク質の合成に必須のタンパク質である。今から40年近く前の1970年代初頭、大腸菌由来の翻訳因子と呼ばれるタンパク質が、大腸菌に寄生するQβウイルスのRNA合成に必要であることが報告されました。翻訳因子とは、遺伝情報の翻訳、つまり、遺伝情報をもとにアミノ酸をつないでタンパク質を合成する過程で働くタンパク質群です。翻訳因子が、本来の仕事とは全く違う「自身に寄生したウイルスのRNAのコピー」という仕事に必要であるということは大変な驚きでした。しかし、翻訳因子がどのように、本来の仕事とは違う作業を行なっているのかは、長い間謎となっていました。

　RNA分子が化学反応を触媒する機能を有していることが発見され、太古生命体では、生命体を構成する分子はRNAであり、RNA分子が遺伝情報の保存分子であり、かつ化学反応を触媒する酵素であったとする「RNAワールド仮説」が提唱されています。長い年月を経て、RNAの遺伝情報の保存分子としての役割が化学的に安定なDNAへ、そして、RNAの酵素活性の役割がタンパク質へと置き換わり、現在の生命になったと考えられています。また、生命の進化において、RNA合成-複製システムはタンパク質合成システムよりも先に出現したと考えられています。これらの仮説や考えは多くの研究により支持されています。今回の研究から明らかになった翻訳因子にRNA合成、伸長を促進する役割があるという事実は、RNAゲノムからなる太古生命体では、翻訳因子は元来、RNAゲノムの複製や転写を促進する補因子としての役割を担っており、その後出現した現在のタンパク質合成システムが、このRNA合成補因子を翻訳因子として取り込んだ可能性を示していると考えられます。