「見える」を追い求める分析化学

―siRNAから生物の仕組みに迫る!―

○翻訳されない領域にカギあり?

 “生命の設計図”と呼ばれるDNAは,ヒトの場合4種類31億個もの塩基配列により構成されている。この膨大な塩基配列のうち,遺伝子,すなわちタンパク質に翻訳される領域はDNAの内のたった2%! では残りの98%にはいったいどんな機能があるのだろうか? 非翻訳領域と呼ばれるこの部分,以前は役に立たない“ジャンク(ガラクタ)DNA”とも言われていた。だが最近,ここから非常にたくさんのRNAが転写され,様々な役割を果たしている,ということが徐々に明らかとなってきたのである。

 非翻訳領域から転写されるRNAをノンコーディングRNA(non-cording RNA, ncRNA)という。ヒトの遺伝子数は約22,000個。これはショウジョウバエや線虫とあまりかわらない。ということは,高度な生命現象は非翻訳領域から生み出されるncRNAが担っている可能性もあるのでは? そんな仮説が唱えられている。

○●生体の不思議siRNA

 今回ご紹介する西澤精一教授(東北大学)は,ncRNAの中でも僅か20塩基ほど※1しかないsiRNA (small interfering RNA)を検出する研究をしている。siRNAはメッセンジャーRNA(mRNA)を分解し,特定のタンパク質が作られるのを阻害する機能を持つ。この特徴から,siRNAは特定の遺伝子の機能を抑える薬(分子標的薬)として期待されている。例えば,がんを誘発・促進する遺伝子の発現をsiRNAで抑制する,ということが可能になるかもしれないのだ。だがこのsiRNAを薬として活用するには,その働きをより詳細に理解する必要がある。つまり,細胞外から加えられたsiRNAがどのように取り込まれ,どこでその機能を発揮するのかを可視化することが,とても重要なカギとなるのだ。

 

写真1:東北大学分析化学研究室の西澤精一教授。創立97周年の最も歴史がある分析化学研究室に在籍。

○●○siRNAが細胞内のどこにあるかが「見える」蛍光プローブ

 そこで西澤教授の研究グループは,siRNAに選択的に結合する蛍光プローブ(目印となる分子)Py-AA-TOを世界に先駆けて開発し,“生きた細胞内にsiRNAがデリバリーされる過程”を可視化することに成功した(図1)。「DNA やRNAの染色に使われる一般的な蛍光プローブは,siRNA以外の分子にもくっついてしまって蛍光を発するため,細胞内でsiRNAのみを観測することはできません(図1A)。一方,Py-AA-TOは siRNAだけにくっつくことができます。Py-AA-TOは細胞への取り込みから輸送までは発光しますが,細胞内でsiRNAが放出あるいは分解されるとsiRNAから外れて,蛍光を発しなくなります(図1B)。そのためプローブの蛍光シグナルを追跡することで,siRNAがデリバリーされる一連の過程を“見る”ことができるのです。(西澤教授談)」」この仕組みは生体内でのsiRNAの挙動を知る画期的手法として期待されているという。

 

○●○●2つの常識破り

 「siRNAの末端には,オーバーハングと呼ばれる僅か2塩基しかない特有の構造があります(図2上)。Py-AA-TO は,この僅かな部分を認識してsiRNAに結合します。」目的のRNAを認識するには,通常15-20程度の塩基配列をターゲットにするのが常識だった。わずか2塩基で目的のsiRNAを認識できるとは教授自身も驚いたそう。そしてもう一つの常識破りがsiRNAへの可逆的な結合を利用していることだ。「siRNAを可視化するための今までのやり方は,蛍光色素を共有結合※2でsiRNAにくっつけるのが一般的でした。これは,本来のsiRNAの機能が大きく損なわれてしまうのです。一方Py-AA-TOは,二重鎖部分への結合に加えて水素結合※3という弱い力でオーバーハング部分にくっついています。このオーバーハング部分への水素結合形成を利用したsiRNA選択的な蛍光プローブは,我々が世界で初めて開発しました。」この独自の結合様式がsiRNAのmRNA分解機能を阻害しないという,従来のsiRNA可視化技術の課題の一つを解決に導くことになった。