【寄稿】非コード性内因性アンチセンスRNAによる自然免疫応答遺伝子の発現制御

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2021.12.15

ICNIM2018にてAHCC®の乳癌細胞における抗腫瘍作用メカニズムに関する研究で優秀研究報告賞を受賞した立命館大学薬学部・木村富紀特任教授より、ご寄稿頂いたので以下に掲載する。

はじめに
近年に至るまで、RNAはゲノムDNAがコードするタンパク質情報を細胞質において発現するためのblueprintと位置付けられていた[1]。しかしながら、ヒトゲノムプロジェクトに引き続くENCODEプロジェクトの結果、ゲノムにおける遺伝子領域はわずか3%足らずに過ぎないにも関わらず、全ゲノム領域の75%相当が転写されている事が明らかにされた[2, 3]。更には、タンパク質情報をコードしない非コード性RNA (protein non-coding RNAまたはncRNA)の多くには遺伝子の発現を制御する制御性RNAとしての機能が賦与されている事が明らかになり[4]、タンパク質を発現するためのblueprintと見なされていたRNAの概念を根底から崩すことになった。

ncRNAによる遺伝子発現制御の概要
これらncRNA、中でも200塩基長以上のlong ncRNA (lncRNA)が制御性RNAとして示す遺伝子発現調節作用には、エピジェネティック制御から転写制御、転写後性制御、更には翻訳並びに翻訳後性制御に至るまで多岐にわたる事が知られており、これはlncRNAがシャペロンとしてそれぞれの制御効果に係わるRNA結合タンパク質を標的分子にもたらす結果と考えられている[5]。

非コード性内在性アンチセンスRNA (Natural Antisense TranscriptsまたはNAT)によるインターフェロン-alpha1遺伝子(IFNA1)mRNA  (Interferon-alpha1 mRNAまたはIFN-α1 mRNA)の転写後性発現調節
私の研究室では、このlncRNAの中でもNATを例にとり、標的mRNAの転写後性発現制御効果の分子メカニズムと、その機能ドメインが生体において果たす有意な生物効果に着目し、研究を進めてきた[6]。その結果、ウイルス感染に対する宿主自然免疫応答の主たるエフェクターをコードするIFN-α1 mRNAの発現にあたっては、IFNA1遺伝子の逆鎖から転写されるIFN-α1 antisense RNA (IFN-α1 AS)が転写後性にmRNAの安定性を制御することを見出している[7, 8]。
このIFN-α1 ASによるIFN-α1 mRNAの安定性の制御には、以下に述べる二つのメカニズムが係っていた。

1. 第一には、IFN-α1 mRNAが形成するRNA二次構造中のconserved secondary structure (Fig.１、IFN-α1 mRNA斜線部)に存在するbulged-stem loop (BSL)をIFN-α1 ASが直接認識し、作用点局所においてA フォーム二本鎖が形成される事によった[7, 9]。このAフォームRNA二本鎖が形成されると、minor groove領域の開大化を伴う局所コンフォメーションが変化し、mRNA安定化タンパク質として知られるthe embryonic lethal-abnormal visual protein (HuR)の結合増大や、逆にmRNAの不安定化をもたらすtristetraprolin (TTP)やKH-type splicing regulatory protein (KSRP)の解離が促されるものと考えられた。
2.  第二には、IFN-α1 mRNAを認識しその分解をもたらすmicroRNA (miR)-1270に対し、IFN-α1 ASがcompeting endogenous RNA (ceRNA)として機能し、miR-1270の作用を阻害する事によった。先に述べたIFN-α1 ASが認識するIFN-α1 mRNA上のBSLとその近傍領域には、miR-1270が結合するmicroRNA-response-element (MRE)-1270が存在する。ところが、IFN-α1 ASもMRE-1270を共有するため、本来ならばIFN-α1 mRNAに結合するべきmiR-1270をIFN-α1 ASが吸着し、結果としてmiR-1270による分解誘導を免れたIFN-α1 mRNAはその発現が安定化した (Fig.１、IFN-α1 AS、Sequestration of miR-1270; 矢頭はMRE-1270を示す)[8]。