理研,ジャンクDNAから転写されるRNAの新しい機能を発見

理化学研究所(理研)は,これまで知られていなかった数千種類のRNAがiPS細胞やES細胞の核内で発現していることを見いだし,その一部が幹細胞に特徴的な多能性の維持に関与している可能性があることを明らかにした(プレスリリース)。

近年,細胞に存在するRNAにはタンパク質をコードしないncRNAが大量に含まれることが明らかになっている。ncRNAには、ゲノム上のレトロウイルスに由来する配列(レトロトランスポゾン)からの転写産物が多数含まれている。それらの一部は発生や細胞分化に関与していることが示唆されているが,大半のレトロトランスポゾン由来RNAの生物学的な機能は不明。

また,ES細胞やiPS細胞の研究では,創薬,再生医療への応用と並行して,幹細胞に特有の転写制御ネットワークについて膨大な知見が積み重ねられてきた。しかし,そのほとんどはタンパク質をコードする遺伝子についての理解であり,ncRNAの役割はほとんど明らかになっていない。

共同研究グループは,幹細胞におけるncRNAの役割を調べるため,iPS細胞やES細胞,及びiPS細胞の樹立に用いられた細胞種について,理研独自の技術であるCAGE法などにより網羅的な遺伝子発現解析を行なった結果,これまで知られていなかった幹細胞特異的な転写産物「NASTs(Non-Annotated-Stem-Transcripts)」が核内で多量に発現していることを見いだした。

NASTsはヒトとマウスあわせて1万種類以上存在し,約3分の1はレトロトランスポゾンの断片から転写が始まっていることが分かった。これらのレトロトランスポゾンは細胞周期やクロマチン構造に関わる遺伝子の発現調節領域となっている可能性があり,また,NASTsの一部はiPS細胞での多能性マーカー遺伝子の発現を直接制御する機能を持つことが示唆された。

ゲノムに存在するレトロトランスポゾン由来の配列は,大多数が機能を持たない「ジャンクDNA」とこれまで考えられてきた。ES細胞やiPS細胞において,レトロトランスポゾンの断片が活性化し,そこから転写されるRNAが多能性の維持に関与していることを示す今回の発見は,幹細胞においてncRNAが重要な役割を果たしていることを示唆する。

今後さらにNASTsの機能を解明することで,幹細胞特有の転写制御ネットワークの理解が深まり,iPS細胞から目的細胞を効率よく分化させる方法の開発などへの応用が期待できる。