５－２

助成番号 150683
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

非翻訳性 RNA によるテロメア長調節機構の解明－生細胞内１分子動態解析による研究

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Mechanism of telomere maintenance by a non-coding RNA – An approach through single molecule
live cell imaging.

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）ﾖｼﾑﾗ

名）ﾋﾃﾞｱｷ

研究期間 Ｂ

２０１５ ～ ２０１７ 年

漢字 ＣＢ

吉村英哲

報告年度 ＹR

２０１７年

Hideaki

研究機関名

東京大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Yoshimura

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東京大学大学院理学系研究科化学専攻・助教

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
本研究は、染色体末端に存在するテロメア領域からの転写産物である非翻訳性 RNA TERRA によるテロメア長調節機構を、生細胞１分子動態解析により解明することを目指した。申請者は本研究開始前に、改変型 RNA 結合タンパ
ク質 mPUM と二分割緑色蛍光タンパク質（GFP）を用いて、TERRA を生細胞内で蛍光標識し１分子動態を観察することに成功していた。この予備研究を発展させ本研究の目的を達成するため、申請者は TERRA、テロメア、テロメア関連タンパク質の３種の分子について、生細胞内で１分子動態を同時に解析するシステムを構築した。そしてその結果から新規なテロメア調節機構を発見した。
まず３色同時生細胞内１分子観察を行うため、テロメアマーカーである TRF2 に近赤外蛍光タンパク質 iRFP を、テロメア関連タンパク質には SNAPf タグを介してテトラメチルローダミン（TMR）を用いて蛍光標識し、開発済みのTERRA プローブと共に観察した。観察の結果、20 frame/秒の時間分解能でテロメア、TERRA、テロメア関連タンパク質の動態を生細胞内で観察することに成功した。
観察された結果から、TERRA と関連タンパク質との共局在について解析を行った。まず共局在継続時間について解析を行ったところ、HP1 と H2A は TERRA と 0.2 秒以内の共局在しか示さなかった。ここで H2A は TERRA と相互作用をしないと考えられていることから、HP1 も同様に TERRA と共局在を示さないことが明らかとなった。一方
hnRNPA1 は有意に長時間継続する共局在を示した。この結果は、TERRA が hnRNPA1 と複合体を形成していることを示している。次に共局在している TERRA と hnRNPA1 のテロメア周りでの分布について解析した。その結果、
TERRA-hnRNPA1 複合体はテロメアから 1 μm 程度離れた領域でもっとも多く形成していることが明らかとなった。さらに動態解析を行った結果、静止している TERRA に動的な hnRNPA1 がやってきて共局在を示していることがわかった。
以上の結果を基に、申請者は新規な TERRA 機能モデルを提案した。すなわち、hnRNPA1 は定常状態ではテロメア上に存在する複合体に含まれている。しかし何らかの刺激や状況変化により、TERRA がテロメア周辺で集積すると hnRNPA1 は TERRA にトラップされることでテロメア複合体から離脱する。その結果テロメア複合体の状態が変化し、テロメア調節機能が発動する。以上の結果は生細胞内 1 分子動態解析が実現したことで初めて解明できたものであり、新たなテロメア調節機構の解明に大きく貢献するものである。

キーワード ＦＡRNA

テロメア１分子観察（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号

- 1 -

蛍光顕微鏡

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）

雑誌

雑誌

論文標題Ｇ Live Cell Imaging of Endogenous RNAs Using Pumilio Homology Domain Mutants: Principles
Ｂand Applications.
著者名 ＧＡ

Hideaki Yoshimura

雑誌名 ＧＣ

Scientific Reports

ページ ＧＦ

677発行年 ＧＥ

2誌

18

巻号 ＧＤ

8

論文標題Ｇ Real-time fluorescence imaging of single-molecule endogenous non-coding RNA in living
Ｂcells.
著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑0Hideaki Yoshimura, Takeaki Ozawa 雑誌名 ＧＣ
337～347

発行年 ＧＥ

Methods in Molecular Biology
20

18

巻号 ＧＤ

1649

論文標題Ｇ Spatiotemporal analysis with a genetically encoded fluorescent RNA probe reveals TERRA
Ｂ
function around telomeres.
著者名 ＧＡT. Yamada, H. Yoshimura, R. Shimada, M. Hattori, 雑誌名 ＧＣ
M. Eguchi, T. K. Fujiwara, A. Kusumi, T. Ozawa

発行年 ＧＥ

Scientific Reports

ページ ＧＦ

38910

2016

巻号 ＧＤ

6

著者名 ＨＡ

吉村英哲、小澤岳昌

書名 ＨＣ

蛍光顕微鏡を用いた生細胞内 1 分子可視化解析法（ナノバイオ・メディシン 第 2 章）

図書

出版者 ＨＢ

近代科学社

発行年 ＨＤ2017

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ221

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

欧文概要 ＥＺThis research aims to reveal the function and mechanism of a non-coding RNA, telomeric repeat-containing RNA(TERRA), through single molecule imaging in living mammalian cells.
Telomeric repeat-containing RNA (TERRA) is considered to control the structure and length of telomeres throughinteractions with numerous telomere-binding proteins. However, little had been known on the mechanism of the TERRA
function, mainly because of the lack of information of spatiotemporal dynamics on TERRA and its-interacting proteins. In
preliminary experiments, I had succeeded in visualization of TERRA in living cells in single molecule sensitivity. Basedon this, in this research I established a method to visualize TERRA, telomere and telomere-related proteins simultaneously
in living cells in single-molecule sensitivity. Based on the obtained movies captured through this method, I analyzed
diffusion dynamics and colocalization of these molecules.
First, I analyzed colocalization duration time of TERRA and the proteins, HP1, hnRNPA1, and H2A. The colocalization
duration times of H2A and HP1 with TERRA were within 0.2 sec. Considering that H2A does not interact with TERRA,
these two proteins do not form complex with TERRA. On the other hand, hnRNPA1 showed substantially longer
colocalization than the other two did. This results indicate that hnRNPA1 forms complex with TERRA. Next, I analyzed
the special distribution of TERRA-hnRNPA1 complex formation around telomeres. In this analysis, I found that thecomplex formation intensively occurs in a region about 1 μm away from a telomere. Furthermore, the complex formation
proceeds between static TERRA and mobile hnRNPA1.
Based on these results, I propose a novel model on TERRA functioning mechanism. hnRNPA1 is included in a telomere
complex and stay on a telomere in a steady state. Upon TERRA accumulates around telomere, hnRNPA1 is trapped by theTERRA and dissociates from the telomere, resulting in alteration of telomere states. In addition, this research suggests
potential of an approach through single molecule imaging to reveal details of molecular mechanism in physiologicalphenomena.

- 2 -