早稲田大学理工学術院総合研究所 次席研究員の曽超（ちぇんちゃお）、同大理工学術院 教授の浜田道昭（はまだみちあき）、熊本大学大学院生命科学研究部分子生理学講座 講師の中條岳志（ちゅうじょうたけし）、と大阪大学大学院生命機能研究科 教授の廣瀬哲郎（ひろせてつろう）らの研究グループは、５種類のヒト培養細胞の独自の実験データを、新規に構築した情報解析パイプラインで解析しました。この結果、細胞内の非膜構造体形成に関与している可能性がある1,074種類の「抽出しにくいRNA（難溶性RNA）」を同定し、それらの特徴を明らかにしました。

本研究成果は、英国オックスフォード大学出版局によって発刊される『Nucleic Acids Research』（論文名：Landscape of semi-extractable RNAs across five human cell lines）にて、2023年7月19日0時頃（UTC）に掲載されました。

図1. 配列解析による難溶性RNAの様子
本研究では、5種類のヒト培養細胞（A10、A549、HAP1、HEK、HeLa）に対する独自の実験データから、1,074種類の難溶性RNAを特定しました。さらに、難溶性RNAを塩基配列の類似性に基づいて4つのグループに分類し、それぞれが異なる機能を持つ非膜構造体から派生している可能性があることを示しました。

細胞内制御をおこなう一つのメカニズムとして「相分離」と呼ばれる生命現象があります。これは細胞内部で、タンパク質やRNAなどが集まって液滴のような膜を持たない構造体（非膜構造体）を作る現象のことを指します。この非膜構造体は、細胞内で特定の反応を助ける「反応の場」を作るなどの役割があるとされています。

これまで、細胞内の相分離は主にタンパク質によって引き起こされると考えられていました。しかし近年の研究で、RNAもまた、凝集体の形成に重要な役割を果たすことが明らかになってきました。特にNEAT1と呼ばれるRNAは、細胞核内に「パラスペックル」と呼ばれる膜を持たない非膜構造体を作ることが知られています。

さらに近年の研究では、「抽出しにくいRNA（難溶性RNA）」という新たなRNA群が注目されています。RNA抽出法を用いて細胞を分解し遠心分離すると、水層、有機層、そして中間のタンパク層へと分けられます。これまで、細胞のRNAは全て水層に抽出されると考えられていましたが、タンパク質層に存在する抽出しにくいRNA（難溶性RNA）が存在し、細胞内の非膜構造体の形成に関与していることが知られていました。しかしながら、難溶性RNAの全体像やその特徴についてはよくわかっていませんでした。

これまでの研究で同定されていた難溶性RNAは、1種類のヒト培養細胞から同定された約50種類にとどまっていました。本研究では、難溶性RNAを網羅的に同定しその特徴を解析することにより、その特徴を詳細に理解することを目的とし、5種類のヒト培養細胞から新たに1,074種類の難溶性RNAを同定しました。これらの難溶性RNAは非常に長く、リピート（反復）配列が豊富であるため、RNA結合タンパク質(RBP)を介して他の生体分子と相互作用をおこない、複雑なネットワーク構造を形成することが示唆されました。加えて、RNAの配列要素を比較する研究から、これらの難溶性RNAは4つの異なるグループに分けられ、それぞれが結合しやすいRBPの種類が異なることが分かりました (図1)。

これは、それぞれのRNAグループが異なる機能を果たしている可能性を示しています。特に、NEAT1が属するグループのRNAは、パラスペックルの形成に関わるRNA結合タンパク質と相互作用する傾向が強いことが判明しました。

本研究では第一に、難溶性RNAを抽出するための実験手法（難溶性RNA-seq）を用いて５種類のヒト培養細胞に対する実験データを取得しました。第二に、難溶性RNA-seqデータから難溶性RNAを効果的に同定するための情報解析パイプラインを構築し、得られた実験データに適用することにより難溶性RNAを網羅的に同定しました。その後、同定した難溶性RNAの細胞内の局在、クロマチンとの相互作用、構造の自由エネルギー（安定性）や長さ、GC含有率、反復配列の存在、分子間の相互作用等、多角的な特性を比較解析しました。さらに、RNA配列情報を用いた解析から、難溶性RNAを潜在的な機能の相違によって分類を行い、RBP結合モチーフ配列解析の結果、NEAT1が属するグループのRNAはパラスペックル形成要素のRBPとの結合する傾向が強いことが確認されました。

本研究は世界で初めて、多様な細胞株における難溶性RNAを同定しました。これらのRNAはそれぞれ異なる機能を有する、細胞内のさまざまな非膜構造体から派生する可能性があり、RNA中心の相分離を研究するための重要なリソースとなります。相分離は疾患などのさまざまな生命現象に関与していることが知られており、今回の研究により提供されるリソースは、がんの発生や進行、ウイルスのRNAの分解、細胞のストレス反応などの研究の基盤的なリソースとなることが期待されます。

様々なストレス状況下でストレス特異的な相分離構造体の形成が誘発されます。そのため、異なるストレス条件下でのRNAの難溶性質と潜在的な機能を調べることが今後の課題と考えています。また、難溶性RNAがどのように相分離に関係しているかの詳細メカニズムの研究も重要な課題となると思います。