とても斬新で面白いサイエンスの論文。
(背景) RNA編集
1980年代後半にRNA編集という現象が確認された。RNA編集は神経細胞で観察されるRNA修飾の一つで、二本鎖RNAのアデノシン（A）をイノシン（I）へと変換する現象で、結果mRNAの配列はイノシンは構造がグアノシンと類似しているため，翻訳ではグアノシンとみなされる、つまり、ゲノムにDNA変異がないにもかかわらずアミノ酸置換が生じる。最初からその配列を有さずに、この手の込んだアミノ酸置換劇は何故か、進化の途上という解釈がある。つまりRNA編集は，“脳の複雑性”獲得に有用な働きをしている。RNA編集の異常は，筋萎縮性側索硬化症などの神経変性疾患，プラダー・ウィーリー症候群やうつ病を含む精神疾患との関連が示唆されている。RNA編集遺伝子の一つadenosine deaminase acting on RNA1（ADAR1）は神経細胞でRNA編集効率は非常に高く、また、ADAR1と同様の活性を有し，高頻度にA-to-I RNA編集を引き起こす酵素としてADAR2を同定されている。一方で、神経細胞にのみ発現し，N末端側にアルギニンリッチな一本鎖RNA結合ドメインを持つがRNA編集活性は持たないADAR3（まで）も同定されている。ADAR3は，in vitroでRNA編集活性を抑制する。
ただ、ここで一つのルールが確認されるべきである。
真核細胞では、ミトコンドリアとプラスチドという特殊なゲノムを除いて、遺伝情報はすべて核内に封じ込められる。このような配置は、特に神経細胞のような複雑な形態を持つ細胞では、情報を様々な細胞領域に合わせて調整する方法に制約を課している。メッセンジャーRNA（mRNA）とそれがコードするタンパク質は、細胞領域間で異なるように選別することができるが、情報そのものは変化しない。アデノシン脱アミノ化によるRNA編集は、mRNAを再コード化することでゲノムの設計図を変えることができるが、このプロセスも核内に限定されると考えられている。
つまり、「核内で」mRNAに読み込まれた元のDNAに刻まれた遺伝情報は絶対であり、核外に出たmRNA、それを元に「核外で作られる」タンパク質情報そのものは変化しない、いわばドグマ dogma。
もし、核外でRNA編集が起きると仮定するとどうなるのか、「核内」に蓄えられた遺伝情報が最終段階で勝手に書き換えられてしまうことになる、、、
ところが、これまでよく研究されている脊椎動物と異なり、RNA編集が核外で起きている生物が見つかった、という論文。空間的編集 spatial editing という表現もおしゃれ。
（ポイント）
sqADAR2（ADAR2オーソログ）
甲殻類の頭足類は、A→I編集を用いてタンパク質のリコーディングを行うが、その頻度はこれまでに研究されたどの生物よりも桁違いに高い。例えば、スルメイカは神経メッセージの約3分の2をこの機構で再コード化しており、タコやイカも同様の頻度で編集を行っている。現在のところ、この高レベルの再コード化を推進するメカニズムの違いは不明である。
イカとタコのゲノムはともにADAR1とADAR2のオルソログをコードしており、イカADAR2の基質要件はin vitroで研究されている。イカK+チャネルとNa+/K+ ATPase αサブユニットをコードする成熟メッセージはイカADAR2によって編集され、少なくともいくつかのケースでは、適切な構造を形成するためにイントロン配列は必要ないことを示している。
Spatially regulated editing of genetic information within a neuron
ニューロンにおけるゲノム情報の空間的編集
Nucleic Acids Research, Volume 48, Issue 8, 07 May 2020, Pages 3999–4012,
Published: 23 March 2020
要旨
真核細胞では、ミトコンドリアとプラスチドという特殊なゲノムを除いて、遺伝情報はすべて核内に封じ込められる。このような配置は、特に神経細胞のような複雑な形態を持つ細胞では、情報を様々な細胞領域に合わせて調整する方法に制約を課している。メッセンジャーRNA（mRNA）とそれがコードするタンパク質は、細胞領域間で異なるように選別することができるが、情報そのものは変化しない。アデノシン脱アミノ化によるRNA編集は、mRNAを再コード化することでゲノムの設計図を変えることができるが、このプロセスも核内に限定されると考えられている。
今回我々は、RNA編集酵素であるADAR2（RNAに作用するアデノシンデアミナーゼ）が、イカの神経細胞では核外に発現していることを明らかにした。
さらに、精製した軸索原形質（軸索原形質 axoplasm は軸索とニューロン中にある細胞質成分）はアデノシン-イノシン活性を示し、既知の基質中のアデノシンを特異的に編集することができる。
また、RNA編集のトランスクリプトーム全体の解析から、イカの巨大な軸索では、細胞体よりも何万もの編集部位（全編集部位の70％以上）がより広範囲に編集されていることが明らかになった。
これらの結果は、神経細胞内でRNA編集が領域特異的に（region-specific manner）遺伝情報を再コード化（recode）できることを示している。
結果
・sqADAR2はイカの体節の細胞質に発現している
(直径約500μm、長さ1cmのイカ D. pealeiiのGA （giant axon 巨大軸索）は、手作業で解剖することができる。解剖後、軸形質を押し出し、細胞膜とそれを包むシュワン細胞から切り離すことができる。軸索、体節、そして軸形質さえも分離して分析することができる利点がある)
（GA の神経伝達速度は小さい繊維束の哺乳類と変わらないが、情報が統一しやすい。これにより反応に対して迷いがないので、俊敏な動きができる）
（軸索は核を有さない神経組織の足＝核外組織）
イカ組織におけるSqADAR2aとSqADAR2bの分布と細胞内局在を調べるためにウェスタンブロットを用いた。両方のsqADAR2について予想されるサイズのバンドは、試験したすべての組織で明らかであったが、神経組織［中枢神経系（CNS）のOLおよび末梢神経系（PNS）のSG］で最も強かった。非神経組織（鰓、心臓、上皮）でも発現は同様であったが、神経組織ではSqADAR2bがより顕著であった。
D.pealeiiから抽出し、α-sqADAR2抗体でプローブした神経組織と非神経組織のウェスタンブロット解析（上パネル）。ブロックコントロールも示す（下パネル）（ Fig. 2aおよび2b）。
（GAー軸索では特に強く、他神経系の核外組織にSqADAR2b＝71kdが発現している）
・sqADAR2はイカの軸索に発現している
ウェスタンブロットと免疫染色のデータを総合すると、核以外のいくつかの場所でSqADAR2がしっかりと発現していることがわかる。
それらは、いずれも核外である
（i）体節の細胞質
（ii）軸索の軸形質
（iii）シナプス
だった。
このデータは、次に、mRNAが核外で再コード化（recode）されうるかどうかという疑問につながる。
Fig4 (A）平行に走る小神経軸索（SN）を取り囲むイカGA（巨大軸索）の図。(B）イカGAにおけるsqADAR2タンパク質の免疫染色（i）。同じ部位の拡大図（ii）。
・軸質にはA→I変換活性がある （RNA編集活性）
（では、実際にSqADAR2は機能しているのか、という疑問からまずA-to-I編集アッセイ＝RNA編集アッセイを試みた）
A-to-I編集アッセイ（RNA編集アッセイ）では2つの異なる実験アプローチを用いた。
一つ目は、様々な領域からの組織抽出物を、全てのアデノシンがα-32Pで標識された完全RNA二重鎖基質とインキュベートした（Fig 5 A）。インキュベーション後、反応物をP1ヌクレアーゼで消化してヌクレオシド一リン酸塩を遊離させ、次いで薄層クロマトグラフィープレート上でアデノシンからイノシンへの変換を評価した。予想通り、水（陰性コントロール）対照ではAからIへの変換は起こらず、組換えSqADAR2b（陽性）対照では58％の変換が見られた。
下の欄Bにはその返還率を棒グラフで表している。
変換は試験したすべての組織で明らかであり、その範囲は19%から38%であった（Fig 5 B）。
（神経線維と軸形質がA-to-I編集が可能であるという結論）
・イカの軸形質がK+チャネル・メッセージの自然発生部位を編集できる
前項では実際に軸索の軸形質でA-to-I編集（RNA編集）が起きていることを証明したが、では、次に、そもそも核外である軸形質においてmRNA中のコドンを再コード化され得るのかどうかを調べた。
（最終産物であるタンパク質ーアミノ酸の置換に至る変化が起きているのか否か検討した）
５つの個体を対象に、基質中の126個のアデノシンすべてにおけるA→G変換を調べてみた（Table 1）。
結果、中でも２つのアデノシンが特に高い頻度で編集された：134位（0.78％）と418位（10.33％）はコントロールの78倍と258倍の割合で編集された（各反応の個々の編集割合は補足図S1A に示す）。
さらに、チャネルの4量体化ドメインの位置をコードする両部位は、イカでは高い頻度で編集されている。以前の研究で、134位（N45S）の編集がチャネルの4量体化に影響を与えることが示された。
これらの部位に加え、139位、175位、190位の3つの位置が有意なA→G変換を示した。in vitroのアッセイで検出された5つの部位はすべて、イカで自然に編集される部位であったことは注目に値する。
しかしながら、in vivoで編集される他の17部位は、in vitroアッセイでは編集されなかった。これらのデータは、GA軸質（GA＝巨大軸索）に存在するADARが部位特異的mRNA編集を再現する能力を持つことを示している。
(標的になるアデノシンについて全箇所の検索をしたら、実際に多くのアミノ酸置換ーグアノシンが起きていた)
・メッセージは細胞体よりも軸索（GA）でより広範囲に編集された
軸索やニューロンなど神経組織（の核外）でこのアミノ酸置換という現象が観察されたが、その理由はなぜなのか、、、以下の考察へとつながる。
考察
遺伝情報が細胞内で異なって編集されうるという考え方は斬新であり、遺伝情報の単一の青写真がどのようにして空間的複雑性を生み出すかについての我々の考えを拡張するものである。このような過程は、異なる細胞領域特有の生理的要求を満たすために、タンパク質の機能を微調整する可能性がある。
・本論文のデータは、イカの軸索において領域特異的なRNA編集が行われていることを示唆している
(i)SqADAR2タンパク質は、PNSのSGとCNSのOLの両方の神経細胞体の細胞質に存在する。
(ii)GAの軸索質は、完全なRNA二重鎖のA→Iの加水分解脱アミノ化を触媒することができる。編集は核でもほぼ確実に起こる。SqADAR2は、本研究で調査した神経系の領域全体の多くの核に明らかに存在している。
(iii)GAの軸形質は、イカK+チャネル基質の部位特異的RNA編集を触媒できる。編集は核でもほぼ確実に起こる。
したがって、これらのデータから、すべての編集が核で行われ、SqADAR2Bに結合した編集メッセージが優先的に軸索に振り分けられる可能性を排除することはできない。しかし、軸索質に活発なA→I変換活性があることを考えると、このメカニズムで観察された編集パターンの違いを完全に説明できる可能性は低いと思われる。例えば、軸索の多くのメッセージには、細胞体よりも高度に編集されている部位とそうでない部位がある。軸索と核の両方で編集が起こっている可能性が高い。この特徴は頭足類に特有である可能性があり、この分類群における編集過程について根本的な違いがある可能性を示唆している。
・考え得るメカニズムとしては、SqADAR2Bの細胞質局在には2つの可能性がある
①翻訳後、非効率的に核に取り込まれること。
②脊椎動物のADAR1 p150のように、核内インポートと核外エクスポートの両方の配列を持ち、これら2つのプロセスの均衡が正味の分布を決めるというものである。
SqADAR2の一次配列には、これらの可能性を区別するための明確な手がかりはない。
哺乳類ADARの核局在シグナルはなく、SqADAR2にもコンセンサスモチーフはない。
SqADAR2にも核外へのコンセンサス配列はないが、これらの配列は実質的に縮退している可能性があり、306-315位のモチーフ（LNELRPGLKY）が一致する可能性がある。核内インポートと核外エキスポートのバランスは、他のタンパク質でも細胞内局在を制御することが示されている。
興味深いことに、核内ではADARの核極局在はrRNAに結合するdsRBMモチーフによって駆動される。SqADAR2aは3つのdsRBMモチーフを持ち、SqADAR2bは2つである。このことは、SqADAR2aが主に核内で見つかったのに対し、SqADAR2bがそうでなかった理由を説明する一助になるかもしれない。
（どのようにしてRNA編集を行う酵素SqADARが細胞質へ移送されているのかー脊椎動物のADAR1 p150では核内インポートと核外エクスポートの両方の配列を持っていてそのバランスが形成されていることがわかっている。脊椎動物のADAR1とADAR2はともに全身に発現し，特にADAR2は神経細胞に強く発現し、一方，ADAR3は神経細胞にのみ発現しRNA編集活性は持たない偽遺伝子ぽい。比べて、イカのSqADAR2bは核外にも存在し突出した存在であり、核内にのみあるサブタイプSqADAR2aよりも標的モチーフが少ない。系統を比較すれば、コンセンサスモチーフを持たず自由度が高いうちにSqADAR2bは核外で仕事をするという特殊な役割を持っていたのかもしれない）
・メッセージは細胞体よりも軸索（GA）でより広範囲に編集された
全編集部位の70％以上が、GFL（GFL＝巨大線維葉、GAの手前の構造）よりもGAで有意に高く編集され、22/22部位がサンガー配列決定で検証された。GFLでは17部位（0.1％未満）だけが有意に高く編集され、サンガー配列決定で検証された1部位は検証に合格しなかったため、他の16部位は偽陽性の可能性がある。残りの部位はすべて、地域間で統計的な差は見られなかった。我々はGAにおいて新たな編集部位を発見しようとしたのではなく、既に決定された部位にのみ注目したことを指摘しておく。基本的にすべての差分部位がGAでより高い値を示したという事実は、発見すべき新たな部位が存在する可能性を示唆している。また、この現象の根底にある共通のメカニズムを示唆している。おそらく、GAメッセージがSqADAR2と接触している時間が長いか、接触を仲介する他のタンパク質がこの領域に存在するのだろう。注目すべきは、SqADAR2抗血清による免疫染色で明確な点刻が見られたことで、少なくとも酵素の一部は複合体や顆粒と結合していることが示唆された。このメカニズムにとどまらず、GAにおけるRNA編集のレベルが一般的に高いことが、なぜ有利なのかは不明である。
（なぜ軸索でのRNA編集のレベルが高いのか、それが有利なのか、過去の研究を引用して以下に続く考察）
・軸索において空間的に制御されたRNA編集は、それが機能的な利点をもたらすことを示唆している
編集部位の違いはタンパク質の機能に影響するのだろうか？
過去の研究で、イカのNa+/K+ポンプのαサブユニットをコードするメッセージの編集イベントが、メカニズムレベルで調べられた。この編集は、第7膜貫通スパンの高度に保存されたイソロイシンをバリン（I877V）にリコードし、Na+イオンの電圧依存的な外液への放出を修正することによって、ポンプ固有の電圧感受性の変化を引き起こした。この変化の正味の効果は、ポンプの順方向輸送速度を増加させることである。
この研究では、I877V編集はGFL（GFL＝巨大線維葉、GAの周辺構造）では非常に低いレベル（2.8％）であるが、GAではかなりのレベル（47％）で起こることが明らかになった。I877V編集がポンピング速度を増加させることを考えると、GAでこの編集が必要とされるのにはいくつかの説得力のある理由がある。GFL細胞体は電位依存性Na+チャネルを発現しないが(74,75)、GAでは高密度に発現している。さらに、GFLの膜抵抗は軸索の100倍近い。これらの要因により、GFLではNa+のリークが増加すると考えられる。
（例えとして挙げられている細胞機能の一つ、電位依存性ナトリウムチャネルは、現存する生物種の中で最も動物に近縁な単細胞生物であるとされる襟鞭毛虫のメンバーにも存在するある種我々の動物細胞にとってエッセンシャルな機構。I877V編集はポンピング速度を増加させ、ポンプの順方向輸送速度を増加させる。細胞機能は亢進する。）
（周辺の神経組織GFLよりもGAという機能上の主構造部分において細胞機能の更新はストレートに個体の機能亢進に結びつくのではないか）
・核外再コード化は他の生物でも起こるのか？
ADARの局在は、少数の実験条件下で、数例しか調べられていない。
哺乳類でも、ADAR1 p150は細胞質に発現しており、編集可能な基質は成熟mRNA内に存在する。このプロセスが頭足類でどのように制御されているかは、RNA編集が細胞生理学を調整するためにどのように利用できるかを明らかにするはずである。
（ヒトでは正常細胞と比較してRNA編集活性が増加し，がんの悪性化を引き起こすという現象は，慢性骨髄性白血病や，乳がんでも報告されている。さらに，ADAR1遺伝子を含む染色体1qのコピー数自体が，乳がんで高頻度に増加していることが明らかにされている。ADAR1の高発現はインターフェロン、もしくは，コピー数の増加によって引き起こされるが，このような現象は乳がんのみならず卵巣がんや肺がん，子宮頸部がんなど多くのがんで起こっているーRNA編集の過剰は病的環境に結びつく）
私評
ドグマ dogma
中世の有名な「それでも地球は回る」。歴史の中には常識を覆す発見が節目節目にある。分子生物学ではD Baltimore はその発見をパクられないよう論文ではなく大勢の前で発表したところ、誰も内容を理解できずに会場は静まり返った。やがて、その場の一人の日本人が手を挙げて「それはRNAをDNAに逆方向に転写する酵素があるということでしょうか。」「そうです。」そして、拍手喝采ー昔聞いた分子生物学の面白い話。
RNAコドン表を見ればすぐにわかるがタンパク質からRNAが読み込まれるということは決してありえないーという常識、ドグマ。
でも常識は常に疑ってかかれ、というのがサイエンスの常識（二律背反）であり醍醐味でもある。
例えば、非常に病的な状態下で、哺乳類以外の生物で、そのようなことは起きないか、よく空想したものだ。今回の発見はタンパク質を直接読み込んでいるわけではないが、RNAの配列が変わり結果としてタンパク質が変異しているので、一種の逆翻訳の流れにある。遺伝情報が変わり、子孫が変わる、生命体にとって非常にリスキーなそれは何故必要なのか。
おそらく答えは進化というキーワード。
そしてそれは一種の禁じ手。
つまり、進化、特に神経系の進化を獲得し、より優秀なシステムを手に入れて（タコになる、という話ではなく）優れた知能や運動能を手に入れるか、はたまた新作は失敗しイカさないまま暮らすか、あるいは致命的な病的変異が蔓延して個体を滅ぼすか、、、進歩か破滅か、という生きるということは常に賭け、そして戦い。こんなのロマン以外の何ものでもない。
カクテル 41
コカレロ COCALERO
コカの葉の抽出物ほか9種類のハーブミックスしたアンデスのお酒。巷で流行りらしい。コカといえばコカインなどの麻薬も抽出できるため日本では栽培が禁止されています。COCALEROとはアンデスでコカの葉を栽培する者という意味。
クラブなどではやはり同類のコカ・コーラで割って飲むらしいのですがコーラはおいてないのでソーダ割りに。他にはライムを入れたり、トニックウォーターで割ったりするのもおすすめとか（とても合いそう）。
グラスに注いで、何よりこの蛍光色はちょっと毒々しいし、味は全く想像がつかない。
では、実際飲んでみると普通に美味しい。
独特のものなので既存の味に例えるのはやや難しいけれど、
近いものといえばコカ・コーラ。
コカ・コーラを知らない人にコカ・コーラの味を教えるのにはペプシコーラやコカレロに似ていると表現する、、、でもって、ペプシコーラを知らない人に教えるのにはコカ・コーラやコカレロに似ている、、、Oh、なんとこのメビウス感。
まあ、何よりコカという、ちょっといけないことをしているような感じも良い。ラベルのオヤジの顔も十分怪しくて非日常気分で飲める一杯。
場合によっては盛り上がっちゃうこと請け合い。
Keith Jarrett
Don't Worry 'Bout Me.mp4 ♪ ♪
