Identification of a novel circular RNA specific to the bovine placenta from the pregnancy-associated glycoprotein gene

見えない図書室と小さなスポンジ

あなたの体が活気ある都市だと想像してみてください。そして、すべての細胞の中には、「核」と呼ばれる巨大な図書室があります。この図書室には、DNAと呼ばれる言語で書かれた、あなたという存在を形作るための設計図が収められています。通常、都市が何かを作る必要があるとき、それはmRNAと呼ばれる設計図のコピー（フォトコピー）を作成します。このコピーは、タンパク質を作るための建設現場へと送られる直線的なテキストです。しかし、科学者たちはこの物語に奇妙な展開があることを発見しました。細胞は時として、これら直線的なコピーの両端を取り、それらを繋ぎ合わせて完璧な円形を作ることがあるのです。これらは環状RNA（またはcircRNA）と呼ばれます。これらは端のない閉じたループであるため、直線的なコピーのように簡単に壊れることがなく、非常に頑丈なのです。

なぜ人々はこれらの小さなループを気にするのでしょうか？ それは、細胞の中にはマイクロRNA（miRNA）と呼ばれる小さな「消しゴム」も存在するからです。これらの消しゴムは通常、特定の指示を見つけ出し、それらを削除して、特定のタンパク質が作られるのを阻止します。しかし、環状RNAはスポンジのように振る舞うことができます。もし環状RNAが適切な形を持っていれば、これらの消しゴムを吸い込み、重要な指示が削除されるのを防ぐことができるのです。これは、細胞がこれらのスポンジのようなループを多く持つか少なくするかによって、タンパク質がどれだけ作られるかを制御できることを意味します。これは、生命がどのように機能するかを理解する上で、特に、母親の体内で赤ちゃんが成長する間、その栄養を供給する一時的な器官である胎盤のような場所において、非常に重要なことです。科学者たちは、これらのスポッチのようなループが胎盤の役割を果たす手助けをしているのかを知りたいと考えていますが、これまでは、牛の胎盤の中に何が浮遊しているのかを示す優れた地図を持っていませんでした。

牛の胎盤の秘密のループ

この研究において、岩手大学の研究者たちは、妊娠初期のウシの胎盤を深く掘り下げることに決めました。彼らは、どのような種類の環状RNAがそこに存在しているのか、そしてその中に胎盤に特有のものはあるのかを知りたいと考えました。それは、図書館をスキャンして、棚にどんな本があるのかを確認するようなものです。彼らは妊娠約65日のウシから組織サンプルを採取し、ハイテクなシーケンシング技術を用いて、見つけられる限りのすべての環状RNAを探し出しました。

結果は、13,958種類もの異なる環状RNAが入った宝箱を見つけたかのようでした！ これらのループのほとんどは、通常タンパク質をコードする遺伝子の部分から作られており、その長さは主に300から600文字の間でした。チームは、これらが本当に環状のループであり、単なる間違いではないことを確認するために、最も一般的なものを選び出しました。彼らはRNase Rと呼ばれる特殊な酵素を使用しました。これは直線に対してはシュレッダーのように機能しますが、円形を切ることはできません。予想通り、直線的な遺伝子はシュレッレッドされましたが、環状のものは生き残り、それらが確かに頑丈なループであることを証明しました。

しかし、これらの人気の高いループがどこに住んでいるかを調べたところ、少し退屈な事実が判明しました。これらのループはいたるところに存在していたのです。親となる遺伝子と同じように、肝臓、心臓、肺、筋肉にも存在していました。これらは胎盤に固有のものではなかったため、科学者が胎盤の機能のために期待していた「特殊工作員」ではなかった可能性があります。

たった一つの特別なルーパー

その後、チームは干し草の山の中から一本の針を見つけました。彼らは、胎盤の「トロホブラスト（栄養膜）」細胞（胎盤を構築する働き手）に特有であることが知られている遺伝子から由来する環状RNAを探していました。彼らは3つの候補を見つけましたが、そのうち2つはテストに合格しませんでした。しかし、bta_circ_2423は本物でした。

この特定の環状RNAは、PAG4（妊娠関連糖タンパク質4）と呼ばれる遺伝子から来ていました。研究者たちは、これが真の円形であることを証明し、最も重要なことに、それが胎盤にのみ存在することを発見しました。牛の肝臓や皮膚には見られず、それは胎盤限定の居住者でした。彼らはまた、その人気が時間の経過とともにどのように変化したかも追跡しました。妊娠初期には静かでしたが、妊娠中期には非常に活発で豊富になり、その後は少し落ち着きました。このタイミングは、赤ちゃんが急速に成長しているまさにその時に、このループが何か重要なことをしている可能性を示唆しています。

スポンジ効果

では、この特別なループは何をしているのでしょうか？ 研究者たちがコンピュータプログラムを使用してbta_circ_2423の形状を調べたところ、それは3つの特定のマイクロRNA、すなわち bta-miR-183、bta-miR-197、および bta-miR-3596 に対する完璧なスポンジのような形をしていることがわかりました。

もしこれらのマイクロRNAが遺伝子の働きを止める「消しゴム」であるなら、bta_circ_2423はそれらを捕まえるスポンジです。これらを吸い込むことで、このループは他の重要な遺伝子が活動し続けられるようにしている可能性があります。コンピュータ解析は、これらのマイクロRNAが通常制御している遺伝子が、細胞膜を介した物質の移動、代謝（体がエネルギーを使う仕組み）、さらには免疫系といった大きな仕事に関わっていることを示唆しました。胎盤は赤ちゃんに栄養を与える一方で、感染症から守るというバランスを取らなければならないため、この「スポンジ」としての活動は、妊娠を健康に保つための極めて重要な要素である可能性があります。

これが意味すること

この研究は、このループが具体的にどのように牛を助けているのかを証明したわけではありませんが、間違いなく新しいプレイヤーを見つけ出しました。これは、科学者がウシの胎盤に特異的であり、かつそこでのみ機能する遺伝子に関連した環状RNAを特定した初めての事例です。研究者たちは、このループがマイクロRNAのスポンジとして機能することで胎盤の働きを助けている可能性があると示唆していますが、これが実生活でどのように機能するかを正確に知るためには、さらなる実験が必要であることも認めています。今のところ、私たちは、ウシの胎盤には、細胞のメッセージを吸い込み、おそらく赤ちゃんの成長を助けるために、そこに留まり続けるユニークで頑丈な小さなループが存在することを知っています。