アセトスポラはDNA上の負の突然変異をRNA編集の活用によって克服していた
新万博体育_万博体育足彩-外围平台沿岸環境科学研究センターの大林由美子講師は、国立研究開発法人海洋研究開発機構（JAMSTEC）地球環境部門の矢吹彬憲主任研究員らの研究グループに参画し、難培養性原生生物?アセトスポラの培養株化に成功しました。培養株を用いた分子生物学的な研究から、アセトスポラはミトコンドリアDNA上に生じた突然変異をRNAとして転写した後に修正し遺伝子としての機能を維持していることを発見し報告しました。本発見は、RNA編集現象の機能的な多様性に関する理解の深化につながるだけでなく、生物の分子進化に関する従来の理解に一石を投じる驚くべきものです。
真核生物は細胞内に核やミトコンドリアなどの構造を有する生物で、およそ21億年前に誕生し、多様な系統へと枝分かれ進化してきました。そこには動物や陸上植物など多細胞生物とともに多様な原生生物（陸上植物?後生動物?真菌を除いた真核生物の総称）が、含まれます。多くの原生生物は、体細胞サイズが小さく肉眼では認識しづらいことに加え、難培養性の生物も多く、その多様性の全貌や生態学的役割に関する理解は未だ限定的です。また原生生物が進化の中で獲得した様々な形態的?分子生物学的な特徴に関しても未だ多くの謎が残されています。本研究における対象生物であるアセトスポラは主に海産無脊椎動物に感染する寄生性原生生物のグループであり、一部の種は水産資源生物に感染することから防除対象としても注目されている生物群です。しかしながら、これまで培養株として確立されたアセトスポラは報告されておらず、その分子生物学的な知見は限定的な状況にあり、その研究進展が期待されていました。
本研究では、東京湾および駿河湾よりアセトスポラの新規生物を発見し培養株として確立することにまず成功しました。そこからミトコンドリアゲノムの解読と発現遺伝子解析を行い、アセトスポラのミトコンドリアにおいてRNA編集と呼ばれる塩基配列の書き換え現象が起こっていることを見出しました。RNA編集が起こっている場所と前後の変化を精査した結果、アセトスポラのRNA編集はミトコンドリアゲノム上で起こってしまった突然変異をmRNAとして転写された後に元々あった配列あるいはそれに近い配列へと修復し、最終的に生合成されるタンパク質の機能を維持していることが分かりました。さらに、このRNA編集を引き起こすメカニズムについても解析を進め、これまで後生動物型と陸上植物型として知られていた編集メカニズムを活用している可能性が高いことも見出しました。今回発見されたアセトスポラのRNA編集現象は、真核生物におけるRNA編集の進化は従来の想定よりも遥かに複雑であり、その機能と役割も多様であることを示しています。またこの「運命に抗い生きるためのしたたかな生存戦略」とも言える現象は、従来の生物進化の常識に反する驚くべきものと言えます。本研究で示されたRNA編集現象とこの現象を駆動するメカニズムに関する研究が今後さらに進むことで、ゲノムと遺伝子の進化に関する理解が深まるだけでなく、ミトコンドリアにおける遺伝子編集技術の活用にも通じる可能性があります。またアセトスポラの培養方法が確立されたことから、寄生生物としてのアセトスポラの生態学的な役割に関する研究も進展し、海洋生態系のより正確な理解が進むと期待されます。
ポイント
?難培養性原生生物?アセトスポラの培養とミトコンドリアゲノムの解読に成功
?解読したミトコンドリアゲノムと発現遺伝子情報（mRNA配列情報）の比較から、大規模なRNA配列の書き換え現象（RNA編集）を発見
?RNA編集前後の比較から、アセトスポラのRNA編集はDNA配列上で起こった突然変異をmRNA配列上で修正し、機能的なアミノ酸配列を維持する機能を担うことを発見
?RNA編集に関わる酵素として、陸上植物に由来するPPR-DYWタンパク質とこれまで後生動物のみが持つとされていたAdenosine Deaminase acting on RNA様タンパク質（ADAR-like）を検出し、両者がアセトスポラのミトコンドリア局在である可能性を確認
?アセトスポラのPPR-DYWタンパク質は遺伝子の水平伝播によって獲得され、ADAR-likeはこれまでの理解と異なり真核生物の祖先の段階で存在し、現在まで引き継がれていたことを把握。遺伝子工学の分野においても重要な当該遺伝子の進化と機能に関する理解を更新
論文情報
掲載誌：Microbes and Environments
タイトル：Massive RNA editing in ascetosporean mitochondria
著者：?矢吹彬憲、藤井千早、矢﨑裕規、多米晃裕、水野恵子、大林由美子、高尾祥丈
DOI：10.1264/jsme2.ME24070