ショウジョウバエ生殖細胞におけるpiRNA経路の解明

果蝇生殖细胞中 piRNA 通路的阐明

基本信息

批准号：
10J56562
负责人：
石津大嗣
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J56562/
关键词：
piRNA Piwi Zucchini Yb body CLIP 生殖細胞 Yb-body RNAサイレンシング

项目摘要

ショウジョウバエ生殖細胞特異的に発現しているArgonauteタンパク質Piwiは、Piwi-interacting RNA(piRNA)と呼ばれる小分子RNAと結合し、転移因子の抑制や遺伝子発現の調節を担っている。我々は、これまでの研究で得られた知見をもとに、ショウジョウバエ卵巣体細胞特異的に存在する細胞質顆粒構造体Yb bodyにおいてpiRNAの前駆体となるRNAが成熟化しPiwiと結合するというモデルを提唱した。しかし、piRNA生合成に関与するRNA切断酵素の存在は明らかにされておらず、150kbにわたるゲノム領域から転写された長鎖RNAがどのようなプロセシング経路をへて25～30塩基長の成熟型piRNAになるのかは不明だった。当該年度において、我々は遺伝学的解析からpiRNA生合成に必須であることが示されていたZucchini(Zuc)と呼ばれるタンパク質の構造解析および生化学的解析を行った。その結果、ZucがpiRNA前駆体を切断することで成熟型piRNAを生成するエンドリボヌクレアーゼであることを見出した。piRNAは5'末端にリン酸基を持つが、zucにより切断されたRNAの5'末端もリン酸化されていたことから、zucがpiRNAの5'末端を決めるRNA切断酵素であることが示唆された。また、Zucはミトコンドリア外膜上で二量体を形成すること、ミトコンドリアがYb bodyと近接して局在することを示し、Yb bodyにおいてpiRNAの成熟化が起こるというモデルを指示する結果を得た。本研究により初めてpiRNA生合成に必須のRNA切断酵素の実態が明らかとなり、その成果はNature誌に受理された。

在果蝇生殖细胞中特别表达的Argonaute蛋白PIWI与称为Piwi相互作用RNA（PIRNA）的小分子RNA结合，并负责抑制转移性因子和调节基因表达。基于从先前的研究中获得的发现，我们提出了一个模型，其中RNA（是piRNA的先驱）在细胞质颗粒结构YB体中与Piwi的前体成熟并与Piwi结合，该结构YB体是特别存在于果蝇卵巢卵巢体细胞中的。然而，尚未揭示参与PIRNA生物合成的RNA裂解酶的存在，尚不清楚哪种处理途径允许从150 kb的基因组区域转录的长链RNA可以成为成熟的PIRNA，以成熟的PIRNA，长度为25-30碱基。在今年中，我们对称为西葫芦（ZUC）的蛋白质进行了结构和生化分析，该蛋白质通过遗传分析被证明对PiRNA生物合成至关重要。结果，发现ZUC是一种内核酸酶，通过裂解PIRNA前体来产生成熟的PIRNA。尽管piRNA在其5'端具有磷酸基团的5'末端，但还磷酸化了由ZUC裂解的RNA末端，这表明ZUC是一种RNA裂解酶，它决定了PIRNA的5'端。我们还表明，在外部线粒体膜上形成二聚体二聚体，线粒体位于靠近YB体的位置，导致模型表明piRNA成熟发生在YB体内。这项研究揭示了首次对piRNA生物合成必不可少的RNA裂解酶的现实，结果自然就接受了。