広報活動

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2017年5月3日

理化学研究所

小分子RNAの胎盤での役割

-マイクロRNAがマウスの妊娠中の胎盤形成を促進する-

要旨

理化学研究所(理研)バイオリソースセンター遺伝工学基盤技術室の井上貴美子専任研究員と小倉淳郎室長らの研究チームは、小分子RNAの一つであるマイクロRNA(miRNA)が胎盤形成に関わることを、マウスを用いて実験的に証明しました。

miRNAはゲノム上に散在する小分子RNAの一つで、ヒトやマウスのゲノム上には約2,000個のmiRNA遺伝子が存在すると予測されています。また、miRNAには主に、メッセンジャーRNA(mRNA)からタンパク質が作られる「翻訳」を抑制する役割があると考えられています。miRNA遺伝子の一部は、ゲノム上で遺伝子が連続して並ぶクラスターと呼ばれる構造を取っています。刷り込み遺伝子[1]であるSfmbt2の内部に位置している「Sfmbt2 miRNAクラスター」は、72個のmiRNA遺伝子が含まれると予想される、マウスゲノム上で最大のmiRNAクラスターの一つです。しかし、このクラスターの役割や発現の様式は明らかになっていませんでした。

今回、研究チームはゲノム編集技術[2]によりSfmbt2 miRNAクラスターを欠失したマウスを作製し、その機能について調べました。その結果、Sfmbt2 miRNAクラスターが父親由来の対立遺伝子座位(アレル)[3]のみから発現する刷り込み遺伝子であることが分かりました。また、父親由来のアレルが欠失したマウスにおいて、妊娠中に一部の胎仔が死亡したり、誕生しても体重が小さいことが明らかになりました。この原因を詳細に調べた結果、発生の期間全体を通して胎盤が小さく、妊娠中に胎仔が十分な大きさまで育たないことが分かりました。miRNAは配列特異的にターゲットとなるmRNAに結合し、その翻訳を抑制します。そこで、miRNAの配列からターゲットとなるmRNAを推測したところ、予測されるターゲットの中には、がん抑制遺伝子など細胞増殖を抑える遺伝子が複数含まれていました。Sfmbt2 miRNAは、母体内で胎仔が発生する期間にがん抑制遺伝子の働きを抑えることで、胎盤の成長を促している可能性が示されました。

本研究で作製したSfmbt2 miRNAクラスター欠失マウスは、胎盤におけるmiRNAとmRNAのネットワークの解明に加えて、ヒトの胎盤異常の臨床モデルとしての利用が期待できます。

本研究成果は、米国のオンライン雑誌『Cell Reports』(5月2日号、日本時間5月3日付け)に掲載される予定です。

本研究は、内藤記念科学振興財団の女性研究者研究助成金、日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤研究および新学術領域研究「生殖細胞のエピゲノムダイナミクスとその制御」の支援を受けて行われました。

※研究チーム

理化学研究所 バイオリソースセンター 遺伝工学基盤技術室
専任研究員 井上 貴美子 (いのうえ きみこ)
テクニカルスタッフⅡ 廣瀬 美智子 (ひろせ みちこ)
訪問研究員(日本学術振興会特別研究員PD) 井上 弘貴 (いのうえ ひろき)
訪問研究員(日本学術振興会特別研究員PD) 畑中 勇輝 (はたなか ゆうき)
テクニカルスタッフⅡ 長谷川 歩未 (はせがわ あゆみ)
客員研究員 本多 新 (ほんだ あらた)(宮崎大学 テニュアトラック推進機構 テニュアトラック研究員)
専任技師 持田 慶司 (もちだ けいじ)
室長 小倉 淳郎 (おぐら あつお)

背景

マイクロRNA(miRNA)はゲノム上に存在する小分子RNAの一つで、通常のRNAと異なりタンパク質を合成することはありません。miRNAには、配列特異的にターゲットとなるメッセンジャーRNA(mRNA)に結合し、ターゲットの翻訳を抑制する働きがあると考えられています。

ヒトやマウスのゲノム上には、2,000種類以上のmiRNAが存在すると予測されています。miRNAの一部は、ゲノム上でクラスターと呼ばれる複数の遺伝子(時には数十個)が連続して連なった構造をしています。このようなmiRNAクラスターのうち、いくつかは刷り込み遺伝子の内部、あるいは近くに位置しています。刷り込み遺伝子であるSfmbt2の内部に位置している「Sfmbt2 miRNAクラスター」は、マウスやラットなど齧歯類にのみ存在するmiRNAクラスターですが、その遺伝子数は72個に及ぶと予測されており、マウスゲノム内では最大のmiRNAクラスターの一つです。

Sfmbt2 miRNAのホスト遺伝子[4]であるSfmbt2遺伝子は、父親のアレルから発現する刷り込み遺伝子で、妊娠中の胎盤形成で重要な役割をすることが既に明らかになっています。しかし、その内部に存在するSfmbt2 miRNAクラスターについては、その役割や発現の様式が明らかになっていませんでした。

そこで研究チームは、このSfmbt2 miRNAクラスターの役割の解明を試みました。

研究手法と成果

研究チームはまず、Sfmbt2 miRNAクラスターの発現時期を知るために、発生途中の胎盤を解析し、この遺伝子が胎盤のどの時期に発現しているかを調べました。その結果、Sfmbt2 miRNAはマウス妊娠期間約20日のうち、発生11日目から15日目の胎盤で最も発現が高いことが分かりました。

次に、この遺伝子の機能を明らかにするために、ゲノム編集技術「CRISPR/Cas9法[5]」を使ってこの領域全てを欠失するマウスを作製しました。Sfmbt2 miRNAクラスターを欠失したマウスは、母親アレル・父親アレル・両アレルを欠失したマウスのいずれからも誕生しましたが、母親アレルを欠失した場合はSfmbt2 miRNAが正常に発現しているものの、父親アレル、または両アレルを欠失したマウスでは、Sfmbt2 miRNAの発現がほとんどみられませんでした。従って、このmiRNAクラスターは父親アレルのみから発現する刷り込み遺伝子であることが分かりました。

さらに詳しく調べてみると、父親アレル、両アレルを欠失した場合のみ、妊娠中に一部の胎仔が死亡するケースがみられました。胎仔を観察してみると、胎盤が小さく、それが原因で一部の胎仔が死亡しており、生き残った胎仔も誕生時には正常な産仔より小さいことが明らかとなりました。

マウスの胎盤はその由来と機能から、母親の子宮に由来する脱落膜層と胎仔に由来する迷路層・海綿栄養芽層の3層に分かれています。Sfmbt2 miRNAクラスターを欠失したマウスでは、このうち海綿栄養芽層の発達が極めて悪く(図1)、胎仔の体重が小さい理由は、この海綿栄養芽層の発達が悪いことが原因であると考えられます。これらの結果から、Sfmbt2 miRNAクラスターは、妊娠中の胎盤において海綿栄養芽層を成長させる働きがあることが分かりました。なお、低体重で生まれたマウスは、誕生後は正常に成長しています。

miRNAは配列特異的にターゲットとなるmRNAに結合して、ターゲットの翻訳を抑制する働きがあると考えられています。Sfmbt2 miRNAクラスターのターゲットを明らかにするために、正常胎盤と欠失胎盤の遺伝子発現を詳細に比較しました。その結果、ターゲットと予想される遺伝子のうち、欠失胎盤で9個の遺伝子の発現が上がっていること、さらにそのうち複数の遺伝子ががん抑制遺伝子であることが明らかとなりました。この解析により、Sfmbt2 miRNAががん抑制遺伝子の発現をコントロールして胎盤形成を促している可能性が示されました。

今後の期待

これまでヒトを含めたいくつかの動物で、miRNAが胎盤形成に関わることが示唆されています。本研究により、それが実験的に証明されました。齧歯類のSfmbt2 miRNAクラスターと同様に、霊長類にも特有の刷込み発現をするmiRNAクラスターが存在します。この霊長類特有のmiRNAクラスターが胎盤の海綿栄養芽層の発達に影響を与える可能性も示されています。また、ヒト胎盤の海綿栄養芽層の発達異常は、妊娠高血圧症などの症状を引き起こすことが示唆されています。

本研究で作製したSfmbt2 miRNAクラスター欠失マウスは、胎盤におけるmiRNAとmRNAのネットワークの解明に加えて、ヒトの胎盤異常の臨床モデルとしての利用が期待できます。

原論文情報

  • Kimiko Inoue, Michiko Hirose, Hiroki Inoue, Yuki Hatanaka, Arata Honda, Ayumi Hasegawa, Keiji Mochida, Atsuo Ogura, "The Rodent-Specific MicroRNA Cluster within the Sfmbt2 Gene Is Imprinted and Essential for Placental Development", Cell Reports, doi: 10.1016/j.celrep.2017.04.018

発表者

理化学研究所
バイオリソースセンター 遺伝工学基盤技術室
専任研究員 井上 貴美子 (いのうえ きみこ)
室長 小倉 淳郎 (おぐら あつお)

報道担当

理化学研究所 広報室 報道担当
Tel: 048-467-9272 / Fax: 048-462-4715
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補足説明

  1. 刷り込み遺伝子
    母親、または父親のアレルから発現することを運命づけられた哺乳類特有の遺伝子。その多くは妊娠中の胎児の発生や成長に大きな影響を与えることが知られている。
  2. ゲノム編集技術
    配列特異的にDNAを切断するヌクレアーゼ酵素を用いて、ゲノム上の目的の配列に変異を生じさせる技術の総称。
  3. 対立遺伝子座位(アレル)
    通常、哺乳類は受精により母親と父親から同じ遺伝子セットを持つ染色体を1組ずつ受け継ぐ。この両親から受け継いだ1対の遺伝子セットは対立遺伝子座またはアレルと呼ばれる。
  4. ホスト遺伝子
    タンパク質をコードする遺伝子の内部にmiRNAなどの小分子RNAが位置している場合の本体の遺伝子のこと。
  5. CRISPR/Cas9
    ゲノム編集技術の一つ。sgRNAと呼ばれるゲノム上の目的配列に特異的な短いRNAとCas9と呼ばれるヌクレアーゼを細胞内に導入することで、目的のDNA配列に変異を引き起こす。

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野生型とSfmbt2 miRNAクラスター欠失マウスの11.5日胚胎盤の形態の図

図1 野生型とSfmbt2 miRNAクラスター欠失マウスの11.5日胚胎盤の形態

野生型(左)と欠失型(右)由来のマウスより採取した胎盤の形態比較。マウス胎盤は、母親の子宮に由来する脱落膜層、胎仔に由来する海綿栄養芽層、迷路層の3層の構造に分かれているが、欠失マウス由来の胎盤では、中間の海綿栄養芽層がほとんど成長していないことが分かる。スケールバーは1mm。

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