15(INTS15)遺伝子の変異を同定しました。malformations(VPM)と名付けました。ノックアウトマウスを作製したところ、ヒト疾患と類似の表現型を示しました。よって、INTS15遺伝子はDNAからmRNAの形成段階でmRNAのsplicingに働くことがわかりました。iPS細胞を用いた目への分化誘導実験によって、INTS15の働きが低下すると眼や脳の形成が阻害されることがわかりました。INTS15遺伝子は眼の形成だけでなく、脳などの他の臓器の形成にも関与していると考えられます。INTS15遺伝子が正常に働かないと、ことに眼のような複雑な構造をもつ臓器で多彩な臨床像をもつ疾患(VPM)が起こすと考えられます。形成に関わる遺伝子の突然変異によって、mRNA形成の仕組みが阻害されることを明らかにしました。当研究所の目的である難治疾患の原因解明と治療において、新しい眼の難治疾患が見つかり、新たな発生機転が明らかになったことは大きな意義があります。Geneticsに、2023年3月27日午前10時(英国夏時間)オンライン版で発表されました。眼や脳はさまざまな組織で構成される複雑な臓器です。さまざまな遺伝病がありますが、特定の機能をもつ遺伝子に異常が起る場合が多く、その場合は特定の組織や機能が障害されます。1つの遺伝子が1つだけ機能を持つ場合はこのような限局的な障害が起こるのですが、1つの遺伝子が多彩な機能をもつことがあります。遺伝子は蛋白の設計図であり、通常は1つの遺伝子から1種類の蛋白が作られるのですが、複数の蛋白が作られることがあります。RNA(mRNA)[用語1]が作られ、この情報に沿って蛋白の構成成分であるアミノ酸が連結し、蛋白になります。splicing[用語2])が行われますが、その組み合わせが異なると複数のmRNAが作られ、複数の蛋白が作られます。variants[用語3]と言い、これが多ければ遺伝子の機能も多くなります。variantsを複数持っています。variantsがあります。variantsがあることが知られています。)の形成が障害され、さまざまなタイプの先天異常が起こることが知られています。今回、本研究クループは特異的な症状を示す顕性遺伝(優性遺伝)形式の眼の先天異常家系を見いだしました。この家系ではPAX6の異常より遥かに多くの組織で多彩なタイプの先天異常が起こっていました。一般的には家系の中では同様の症状を示すことが多く、個人の左右の眼でも同様の症状であることが多いのですが、本家系では個人でも左右眼でも多彩な症状がさまざまな組み合わせで起こっていました(図1)。malformations(VPM)と名付け、原因解明の研究を行いました。眼はさまざまな組織で構成されている。家系内あるいは個人の左右眼でも多彩な症状がさまざまな組み合わせで起こっていた。遺伝子解析を行った結果、機能未知な遺伝子の変異がみつかりました。15(INTS15)と命名されました。ノックアウトマウスによる原因遺伝子の証明この遺伝子の働きが障害されるノックアウトマウス[用語6]を2系統作製しました。ヒト疾患に類維した症状がみられ、遺伝子障害が強いほど症状も強く多彩であり、原因遺伝子であることが示されました(図2)。白内障と虹彩異常(矢印)。殆どの眼の組織に形成異常が起こっている。分子進化[用語7]と他の生物における存在この遺伝子は、全ての動物に存在しています。植物には存在しません。体内での働き体内の各臓器でこの遺伝子からmRNAや蛋白が作られて(発現して)いるかを検討したところ、全ての臓器で働いていました。眼と脳ではとりわけ強く働いていることがわかりました(図3)。INTS15遺伝子は眼と脳に強く発現している。培養細胞の中でこの遺伝子の働きを止めたところ、細胞は速やかにアポトーシス(プログラム化された細胞の自殺)[用語8]に至りました。したがって、生命の維持に欠かせない遺伝子であることがわかりました。complex[用語9]が同定されました。complexはmRNAのsplicingにおいて重要な働きをしています。1-14からなると考えられていましたが、この遺伝子産物が15番目の構成蛋白であることがわかりました。variantsが形成されました。splicingに重要な役割を果たしていることが証明されました。variantsをもつ転写因子に大きな影響がありました。東研究チームは過去にヒトiPS細胞[用語10]から培養皿の中で眼と脳の細胞を作ることに成功しました。本研究グループはこの実験系を用いて、眼と脳に分化する段階でINTS15の働きを低下(発現抑制)したところ、組織の形成が悪くなり、これらの形成に関わる転写因子の働き(発現)が低下しました(図4)。したがって、ノックアウトマウスだけでなく、培養細胞でもこのINTS15が眼と脳の形成に重要であることがわかりました。ヒトiPS細胞から眼と脳の組織分化におけるINTS15抑制の変化。左:培養細胞塊の網膜(R)と脳(B)への分化。右:細胞内の脳(上)と網膜(下)の形成に関わる遺伝子(転写因子)の発現。INTS15の発現を抑制すると網膜(R)の神経線維の形成が障害され、脳と眼の形成に関わる遺伝子の発現が抑制される(緑)。今回、新しい疾患概念VPMが提唱され、その原因遺伝子の機能が明らかになりました。眼の全ての組織に多彩な症状(表現型)がさまざまな組み合わせで起こります。原因遺伝子はINTS15で、mRNAのsplicingに関わります。したがってINTS15は、分子生物学のセントラルドクマDNA→mRNA→蛋白の流れに関わる新規のメンバーです。variantsをもつ転写因子が多く働いているので、INTS15は眼や脳に強く発現して、この過程に大きく関わっていると思われます。splicingによって起こる先天形成異常の仕組みが明らかになりました。遺伝子DNAを鋳型として作製される1本鎖リボ核酸分子。RNAポリメラーゼ酵素によって作製される。タンパク質を合成する過程で細胞内のリボソームによって読み取られ、アミノ酸配列の情報を伝達する。DNAの遺伝子部位には、アミノ酸配列に関わる情報(exon)と関わらない配列(intron)が交互に直列に存在する。mRNAが作製される場合に、まずDNAの全情報が転写され、その後にintron部位が切り取られてexonのみがつながる。これをsplicingと言い、spliceosomeと呼ばれる酵素が行う。mRNAが作製される場合に、直列に存在するexonの配列はさまざまに組み合わされることがある。5のような、さまざまな組み合わせのmRNAとなり、それに応じた複数の蛋白が作られる。variantと言う。variantsが多い程遺伝子(その結果の蛋白)の機能は多彩となる。遺伝子から作られる蛋白のうち、細胞の核内で他の遺伝子の発現制御(オンオフの決定)に関わるものを言う。転写因子は通常、遺伝子のプロモーター部位に接着してコントロールする。発生期の臓器?組織の形成において、時間的空間的に沢山の遺伝子が発現するが、そのオンオフは転写因子が司令している。臓器の発生においては、沢山の遺伝子が時間的空間的に働いている。それを転写因子がコントロールしているが、複雑な構造を作るためには全体を統括するオートメーションシステムの司令塔のような遺伝子が存在する。遺伝子と言い、眼ではPAX6が知られている。昆虫などでPAX6を体幹や肢等に異所性に発現すると、その部位に異所性の複眼が形成される。さまざまな組織に先天形成異常を起こす。遺伝子の一部を削除して、ヒト疾患と類似の症状(表現型)を起こす動物実験。遺伝子の削除部位を大きくすることによって表現型が多彩になり重篤化すれば、疾患の原因遺伝子であることが示され、ことに顕性遺伝(優性遺伝)の研究に有用である。VPMでは、この遺伝子障害の程度と表現型の程度に明らかな相関が診られた。遺伝子DNAを構成する塩基分子の配列を比べて、生物種の近縁関係を研究する。塩基配列が異なる程、種間の隔たりが大きい。これによって、生物がどのように進化し枝分かれして来たか、分子系統樹を作ることができる。splicingに重要な遺伝子なので、全ての動物に存在し、分子系統樹が作製された。細胞が死ぬパターンはさまざまあり、他からの傷害によって殺されるネクローシス、細胞自らが死を選んで細胞内のプログラム化された反応によるアポトーシスが代表的である。細胞が内部で何等かの問題を起こして生命維持が難しくなった場合は、このプログラムが働いてアポトーシスが起こる。complexはspliceosomeの構成成分である非コードRNA群の合成に関わる酵素複合体で、14種類の小蛋白(subunit)から構成されると考えられていた。complexの15番目のメンバーである。教職員向け(学内限定)。