異なる遺伝子が1本のmRNAに――ハーバード大が3万超のキメラmRNAをカタログ化

遺伝子1つがタンパク質1つをつくる――この分かりやすい説明は、以前から選択的スプライシングによって単純化されすぎていました。ハーバード・メディカル・スクールの研究チームはさらに、その枠組みを広げる結果を報告しました。異なる遺伝子、場合によっては異なる染色体上の遺伝子に由来する配列が、1本のメッセンジャーRNA（mRNA）へと結合している可能性を示したのです。

チームはマウスとヒトのマクロファージで、こうした候補キメラmRNAを3万超カタログ化しました。さらに、そのうち少なくとも1つについては、実際に生理的な影響をもつタンパク質をコードすることを実験で示しました。613

何が見つかったのか

キメラmRNAとは、2つの異なる親遺伝子に由来する配列を含むmRNAです。今回のカタログには、別々の染色体にある遺伝子同士をつなぐ接合部も含まれます。通常の遺伝子単位の注釈や解析では、このようなRNAは見落とされる可能性があります。6

ただし、3万超という数値は「少なくとも一度は観察された候補」の一覧です。すべてが高発現している、安定している、タンパク質へ翻訳される、あるいは重要な機能を持つ、という意味ではありません。6

RNAの存在を捉えることと、そのRNAが新しいタンパク質を生み、体内で機能することを示すことは別の段階です。今回の重要性は、広範な候補の発見に加え、少なくとも1例でその機能まで検証した点にあります。

長いRNAを「そのまま」読む技術が鍵に

一般的な短鎖RNAシーケンシングでは、多数の短い断片を読んだ後、計算によって元の転写産物を組み立てます。そのため、離れた遺伝子同士をまたぐ接合部が、もともと同じRNA分子内に存在したのかを確かめにくい場合があります。

研究チームは、Nanoporeによる長鎖ダイレクトRNAシーケンシングを用いました。これは天然のRNA分子を長い範囲で1分子ずつ読み取る手法で、ある遺伝子から別の遺伝子へ連続する接合部を直接観察しやすくします。この方法でマクロファージのキメラRNAカタログを作成しました。613

さらに、見かけ上の融合が解析・試料調製のアーティファクトではないことを確かめるため、Illuminaの短鎖リード解析、NanoStringによる接合部プローブ、PCR後のサンガーシーケンシングという独立した手法を組み合わせました。13

想定される仕組みは「トランススプライシング」

結果は、RNAトランススプライシングと整合的です。これは、別々の前駆体RNAからエクソンを切り出して結合し、1本の成熟RNAをつくるRNA加工現象を指します。

通常のシススプライシングが1本の前駆体RNAの内部でイントロンを除去し、エクソン同士をつなぐのに対し、トランススプライシングでは異なる前駆体RNAが材料になります。その結果、遺伝子の並び順に従わないキメラRNAや、新規タンパク質が生じ得ます。41

研究チームはin situ Hi-Cという染色体接触を調べる手法も用い、炎症によって親遺伝子領域間の接触が誘導されるかを検討しました。これは、見つかったRNA融合のすべてを恒常的なDNA再編成として扱うのではなく、RNA加工による説明を調べるためのアプローチです。13

GSDMD–TMEM106A：候補RNAから機能性タンパク質へ

最も強い機能的証拠は、GSDMDとTMEM106A由来の配列をつないだキメラです。

GSDMD（ガスダーミンD）は、パイロトーシスと呼ばれる炎症性細胞死の中心的な実行因子として知られています。炎症性カスパーゼによって切断されると、GSDMDのN末端断片が細胞膜で集合して孔を開け、細胞死や炎症性物質の放出につながります。1

今回のGSDMD–TMEM106Aキメラについて、研究チームはmRNAを脂質ナノ粒子（LNP）で導入する実験、siRNA、CRISPRによるノックイン・停止アレル、さらに生化学、イメージング、無細胞系を用いた取得・喪失機能実験を実施しました。その結果、この融合タンパク質は自然免疫応答、マクロファージによるSalmonellaの制御、敗血症モデルにおける生存、パイロトーシスに関係することが示されました。13

この検証により、発見は「珍しいRNA接合部がある」という観察にとどまらず、少なくとも1つのキメラ転写産物が生理的な結果をもたらすタンパク質をつくり得るという証拠になりました。

「約2万遺伝子＝約2万タンパク質」という見方はどう変わるか

ヒトのタンパク質をコードする遺伝子は約2万とされますが、もともと1遺伝子が1タンパク質だけに対応するわけではありません。選択的スプライシングにより、1遺伝子から複数のRNA・タンパク質アイソフォームが生まれます。

今回の結果は、この考えをさらに一歩進めます。特定の細胞や状態では、別々の遺伝子からタンパク質の設計情報が組み立てられる可能性がある、ということです。6

これは従来の遺伝子モデルを否定するものではありません。むしろ、標準的な注釈から漏れやすい、条件依存的なRNA産物の層が存在する可能性を示します。3万超の候補のうち、安定して翻訳され、機能を持つタンパク質がどれほどあるかは、まだ明らかではありません。613

創薬研究にとっての意味

キメラRNAやキメラタンパク質は、特定の細胞種、炎症状態、病態でのみ生じる可能性があります。確認されれば、親遺伝子そのものを広く狙うのではなく、キメラ固有のRNA接合部やタンパク質配列を狙う、より選択的な介入点になるかもしれません。

考えられる研究の方向性は次の通りです。

• 炎症性疾患：GSDMDのような経路を含むキメラが、パイロトーシスをより選択的に調節する手掛かりになる可能性があります。ガスダーミンは、炎症性の膜透過化と細胞死を媒介するため、すでに治療標的として研究されています。20
• がん：病態に限定されたキメラ転写産物が存在すれば、新たな抗原、バイオマーカー、分子依存性を示す可能性があります。ただし、このカタログについて、がん治療への有効性が実証されたわけではありません。
• 神経変性疾患：ガスダーミンが介するパイロトーシスは神経変性との関連でも研究されています。関連する細胞状態でキメラRNAを調べることは、未注釈の炎症機構やバイオマーカーの発見につながる可能性があります。20

現時点でこれは、直ちに治療薬へつながる成果というより、創薬標的を探すための新しい探索基盤です。各候補について、RNA構造、タンパク質への翻訳、機能、疾患との関係、そして標的としての安全性を、個別に独立して確かめる必要があります。613