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- 2. アウトライン • ⻑鎖ノンコーディングRNA Neat1が⾻格 となるパラスペックルの微細構造観察 • パラスペックルの⽣理機能 • “多価の弱い分⼦間相互作⽤”の⽣物学
- 3. アウトライン • ⻑鎖ノンコーディングRNA Neat1が⾻格 となるパラスペックルの微細構造観察 • パラスペックルの⽣理機能 • “多価の弱い分⼦間相互作⽤”の⽣物学
- 4. 核内構造体 From Spector lab homepage (http://spectorlab.cshl.edu/)
- 5. Gomafu/MIAT Malat1Neat1 核内構造体に局在するlncRNA群 Paraspeckles Gomafu bodies Nuclear speckles
- 6. パラスペックルとNeat1 -lncRNA Neat1を⾻格とする核内構造体 • DBHSファミリーRNA結合 タンパク質が集積する構造体 – Fox et al. (2002) • ⻑鎖ncRNAであるNeat1が ⾻格として機能している – Sasaki et al. (2009) – Sunwoo et al. (2009) – Clemson et al. (2009) DBHSファミリRNA結合タンパク質 PSP1 Sfpq Nono Neat1 パラスペックル Sfpq Neat1_2 RRM RRM RRMRRM RRMRRM 20 kb Neat1_1
- 7. パラスペックルのCore-shell構造 Neat1_mid Neat1 Neat1_3ʼNeat1_5ʼ Neat1 20 kb Structural Illumination Microscope 500 nm
- 8. パラスペックルの構成成分 • RNA 構成成分 – Neat1_1 – Neat1_2 – mRNAs (Slc7a2…) • タンパク質構成成分 (~40) – SFPQ – NONO – RBM14 – FUS – BRG1 – BRM – HNRNKP – HNRNPH3 – DAPAP1 – TARDBP – CPSF7 – FAM98A – FAM113A – FIGN – HNRNPA1 – HNRNPR – HNRNPUL1 – RBM12 – SRSF10 – NUDT21 – UBAP2L – CPSF6 – AHDC1 – AKAP8L – CIRBP – EWSR1 – RBM3 – RBM4B – RBM7 – RBMX – RUNX3 – TAF15 – ZC3H6 – ZNF335 – PSPC1 Modified from Naganuma et al. EMBO J (2012)
- 9. パラスペックルの超解像顕微鏡観察 Neat1 5ʼ/mid Neat1 3ʼ/mid Neat1 5+3ʼ/mid Neat1 5ʼ/3ʼ Neat1 5+3ʼ /Sfpq Neat1 5+3ʼ /Nono Neat1 5+3ʼ /Pspc1 Neat1 5+3ʼ /Fus Neat1 5+3ʼ /Rbm14 Neat1 5+3ʼ /Brg1 Neat1 5+3ʼ /Tardbo West et al., 2016
- 10. SIMを⽤いたFus KO細胞の パラスペックル解析 GQSY-rich RGG RRM RGG RGG FUS KOFUS WT Fus/Neat1Fus/Neat1Fus/Neat1 FUS 天然変性ドメイン
- 11. SIMを⽤いたFus KO細胞の パラスペックル解析 Neat1_mid Neat1_2 Neat1_5ʼ Neat1_3ʼ * 転写サイト WT MEF FUS KO MEF * *
- 13. アウトライン • ⻑鎖ノンコーディングRNA Neat1が⾻格 となるパラスペックルの微細構造観察 • パラスペックルの⽣理機能 • “多数の弱い分⼦間相互作⽤”の⽣物学
- 14. パラスペックルは細胞タイプ特異的 脾臓 ⼩腸 ⼤腸 精巣 ⻩体⾻格筋 各種マウス組織におけるNeat1_2 の発現 Nakagawa et al., J Cell Biol (2011)
- 18. Neat1 KOマウスでは 妊孕性が低下する WT KO heteroNeat1 KO ♀mice X C57Bl/6 ♂ ↓ 産仔数をカウント
- 20. 約半数のNeat1 KOマウスで 妊娠⻩体細胞の分化が異常になる WT KO 47% 6% 47% 妊娠⻩体細胞マーカー
- 23. パラスペックルの動作モデル プロゲステロン合成遺伝⼦ Sp1 Sf1 Star/Hsd3b/Cyp11a1 Sfpq = Sp1 inhibitor Gasic et al.,Mol. Endocrionol. (2000) Sfpq 核質パラスペックル Sfpq Nono Fus Tardbp
- 24. アウトライン • ⻑鎖ノンコーディングRNA Neat1が⾻格 となるパラスペックルの微細構造観察 • パラスペックルの⽣理機能 • “多価の弱い分⼦間相互作⽤”の⽣物学
- 26. パラスペックルは“相分離構造体”？ • ⼀般的な”相分離構造体”の定義 – 形が丸い – 出会うと融合する – 各相における分⼦の拡散速度が異なる – 1,6-Hexiandiolに感受性がある – 各相の濃度は変わらない ✔︎ ✖︎ ︎ ✖︎ ︎ ✔︎ ✔︎ from McSwiggen et al., Gene Dev 33 (2019)
- 27. Neat1研究でわかってきたこと “多価の弱い相互作⽤”が重要 Tardbp, Fus, Sfpq ↓ “天然変性ドメイン”を持つRNA結合タンパク質 - 弱い特異性 - 柔軟性な複合体 - ⾃発的なふるまい Neat1 5ʼ+3ʼ/mid 500 nm
- 28. LLPSの私的な解釈 • 局所的に濃度を上げるメカニズムを全て LLPSで説明するのには無理がある • local-hub で分⼦濃度が上がると多価の弱 い分⼦間相互作⽤が働く状況が⽣まれる？ • LLPSは多価の弱い分⼦間相互作⽤を巨視的 に観察できる優れた実験系
- 30. lncRNA遺伝⼦の解析は ほとんど⼿付かず de Hoon et al. Mamm Genome (2015) 26, 391-402 機能未知 機能既知 機能未知 機能既知 タンパク質lncRNA 0.61% 99.39 % 67% 33%
- 31. Heroタンパク質群 - ほとんど構造を取らないタンパク質がゲノム中に数百種 - 既知のドメインを持たない - Boilしても失活しない - 病原性凝集体の形成を阻害 - ショウジョウバエに過剰発現すると寿命が延びる
- 33. 新たな細胞観 古典的な細胞観 - 少数の強い相互作⽤ - ⾼い特異性 - 剛直な複合体 - カスケード型ふるまい 新しい細胞観 - 多数の弱い相互作⽤ - 弱い特異性 - 柔軟性な複合体 - ⾃発的なふるまい Neat1 5ʼ+3ʼ/mid 500 nm