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伊庭(Iba) 特任教授

RNA制御プロジェクト

細胞内でみられる遺伝子発現の様式は、その細胞のもつ発生、分化、増殖に関する特異性はもちろん、真菌・細菌・ウイルス等の寄生体に対する宿主の応答性やcompetency をも規定している。この発現様式は、多くの因子により制御されているが、私どもはそのなかでも特に、1)各遺伝子のプロモーター上で作用する転写制御因子群、2)クロマチンの活性化状態を規定するクロマチン構造変換因子、3)100以上の遺伝子群の発現を一括してpost-transcriptionのレベルで負に制御するmiRNAの3者に注目して、これらが形成する遺伝子制御ネットワークの解明を進めてきた。平成28年4月に新設された本研究分野では、これまでの研究背景を生かして、主として以下の1,2の2つのprojectを中心に研究を推進して、種々のヒト疾患の治療へと結びつけることを目標にしている。

研究プロジェクト

  1. 特異的なmiRNAを阻害するRNA decoy TuD/S-TuD によるRNA創薬の確立
  2. miRNA (microRNA)は20-25nt程度の短いNon-coding RNAで、相補な配列を持つmRNAを認識し、その分解や翻訳抑制を行うことにより複数の標的遺伝子発現を負に制御する。ヒトにおいては現在2000種以上見つかっている。1種類のmiRNAが標的とするmRNAは1つではなく多数に及ぶことから、各miRNAは数多くの遺伝子と発現制御ネットワークを形成し、それぞれ発生・分化・炎症・免疫・ストレス応答といた生命現象で機能するとともに、その異常発現が感染症・癌などの疾患の原因となる可能性も示唆されている。こうした生命現象を理解し、疾患を制圧するためには、miRNAの機能を高効率に阻害する手法が不可欠である。我々はこれまでに標的miRNAの活性を特異的に阻害するmiRNA阻害ベクターである「TuD RNA (Tough Decoy RNA)発現ベクター」を開発ずみであるが、これらが従来法と比べ著しく高いmiRNA阻害活性を有していることは、欧米の複数の第三者グループによっても示されている。

    TuD RNAは独特の二次構造を有しており、4つの機能的構造によって構成される(図1)。このRNAをmiRNA阻害活性を持つ核酸医薬の開発へと結びつけるために、TuD RNAに模した二次構造を有する合成修飾核酸「S-TuD (Synthetic TuD)」(図1)の開発にも成功している。こうしたTuD/S-TuDを使い、がん幹細胞を標的とした乳がん治療法の開発、ヒト細胞のHSV-1に対する感受性にかかわるmiRNAの同定とその分子機構の解明、S-TuDによるアレルギー皮膚炎の抑制等に取り組んでいて、それぞれ成果を挙げつつある。 このような治療法の開発には、疾患に特異的な遺伝子制御ネットワークの解明や最も効果的な標的miRNAの同定が必要であるが、こうした基礎的な解析にもTuD/S-TuD は決定的に重要な役割を果たしている。現在、1分子のTuD中にある2か所のMBSをそれぞれ異なるmiRNAを標的とするように設計して、1分子のTuDでmiR-200 ファミリー全体を抑制できるハイブリッド型TuD-141/200cを作出している。さらにTuDの発現を厳密にtetracycline (Tet)依存的に発現誘導できる改良型ベクターの作製にも成功している。このTuD-141/200cの発現誘導型ベクターを用いて、肺がん由来細胞株、A549の上皮-間充織変換(EMT)をTet 添加により誘導できること、またその後Tetを除去してTuD-141/200cの発現を止めると逆の過程であるMETが起こり、EMT誘導前の状況に戻ることが示されていて、その可逆性が示されている。このような系で明らかとなった、miR-200 family の阻害に伴い細胞内で生じる逐次的に伝搬していく事象の変化(図2)は、EMTの分子基盤を知るうえで極めて重要であると考えられる。

    lab
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  3. NF-kappaBの転写活性化の特異的阻害剤の開発
  4. 感染や炎症・免疫応答に伴い宿主細胞内では多くの遺伝子群が誘導されるが、その際に細胞質から各へと移行して最も重要な機能を果たす転写因子の一つがnuclear factor kappa B (NF-κB)である。また多くのがんではNF-κBが恒常的に活性化していることもよく知られている。このようなNF-κBによる転写活性化にはクロマチン構造変換因子であるSWI/SNF複合体を必要とするような一群の標的遺伝子群があることが長く知られてきたが、その分子機構は長く不明であった。近年我々の研究室では、SWI/SNF複合体とNF-κBダイマーを連結するアダプター分子としてd4ファミリータンパク質に属するdouble PHD finger タンパク質(DPF)である, DPFI,DPF2,DPF3a、及びDPF3bを同定してきた。今後各d4ファミリータンパク質の機能の解明や、内在性のd4ファミリータンパク質を一括して阻害するDominant Negative (DN) 変異体の単離を行い、これまでにないNF-κBの阻害剤の開発に結び付けたい。

プロジェクトメンバー

伊庭 英夫 特任教授、RNA感染治療学分野・分野長
原口 健 特任准教授
小林 和善 特任助教
桜井 典子 技術補佐員
相川 尚美 技術補佐員

主な業績

  1. Kobayashi, K*., Hiramatsu, H*., Nakamura, S., Kobayashi, K., Haraguchi, T. and Iba, H. (* equally contributed) Tumor suppression via inhibition of SWI/SNF complex-dependent NF-κB activation. Scientific Reports, 7:11772 (2017)
  2. Kobayashi, K., Suemasa, F., Sagara, H., Nakamura, S., Ino, Y., Kobayashi, K., Hiramatsu, H., Haraguchi, T., Kurokawa, K., Todo, T., Nakano, A., and Iba, H. MiR-199a inhibits secondary envelopment of Herpes Simplex Virus-1through the downregulation of Cdc42-specific GTPase activating protein localized in Golgi apparatus. Scientific Reports, 7:6650 (2017)
  3. Hiramatsu H., Kobayashi K., Kobayashi K., Haraguchi T., Ino Y., Todo T., and Iba H. The role of the SWI/SNF chromatin remodeling complex in maintaining the stemness of glioma initiating cells. Scientific Reports, 7:889 (2017)
  4. Haraguchi T, Kondo M, Uchikawa R, Kobayashi K, Hiramatsu H, Kobayashi K, Chit UW, Shimizu T, Iba H. Dynamics and plasticity of the epithelial to mesenchymal transition induced by miR-200 family inhibition. Scientific Reports. 6:21117. (2016)
  5. Kobayashi K, Sakurai K, Hiramatsu H, Inada K, Shiogama K, Nakamura S, Suemasa F, Kobayashi K, Imoto S, Haraguchi T, Ito H, Ishizaka A, Tsutsumi Y, Iba H. The miR-199a/Brm/EGR1 axis is a determinant of anchorage-independent growth in epithelial tumor cell lines. Scientific Reports, 5:8428 (2015)
  6. Mizutani T, Ishizaka A, Suzuki Y, Iba H. 7SK small nuclear ribonucleoprotein complex is recruited to the HIV-1 promoter via short viral transcripts. FEBS Letters, 588:1630-1636 (2014)
  7. Siddesha J.M, Valente A.J, Yoshida T, Sakamuri S.S.V.P, Delafontaine P, Iba H, Noda M, Chandrasekar B. Docosahexaenoic acid reverses angiotensin II-induced RECK suppression and cardiac fibroblast migration. Cellular Signalling, 26:933-941 (2014)
  8. Kurashima Y, Amiya T, Nochi T, Fujisawa K, Haraguchi T, Iba H, Tsutsui H, Sato S, Nakajima S, Iijima H, Kubo M, Kunisawa J, Kiyono H. Extracellular ATP mediates mast cell-dependent intestinal inflammation through P2X7 purinoceptors. Nature Communications, 3:1034 (2012)
  9. Ishizaka A, Mizutani T, Kobayashi K, Tando T, Sakurai K, Fujiwara T, Iba H. Double PHD finger proteins DPF3a and 3b are required as transcriptional coactivators in the SWI/SNF complex-dependent activation of the NF-kB RelA/p50 heterodimer. J. Biol. Chem. 287:11924-11933 (2012)
  10. Haraguchi T, Nakano H, Tagawa T, Ohki T, Ueno Y, Yoshida T, Iba H. A potent 2’-O-methylated RNA-based microRNA inhibitor with unique secondary structures. Nucleic Acids Res. 40:e58 (2012)
  11. Hikichi M, Kidokoro M, Haraguchi T, Iba H, Shida H, Tahara H, Nakamura T. MicroRNA regulation of glycoprotein B5R in oncolytic vaccinia virus reduces viral pathogenicity without impairing its antitumor efficacy. Molecular Therapy, 19: 1107-1115 (2011)
  12. Sakurai K, Furukawa C, Haraguchi T, Inada K, Shiogama K, Tagawa T, Fujita S, Ueno Y, Ogata A, Ito M, Tsutsumi Y, Iba H. microRNAs miR-199a-5p and -3p target the Brm subunit of SWI/SNF to generate a double-negative feedback loop in a variety of human cancers. Cancer Res. 71:1680-1689 (2010)
  13. Tando T, Ishizaka A, Watanabe H, Ito T, Iida S, Haraguchi T, Mizutani T, Izumi T, Isobe T, Akiyama T, Inoue J, Iba H. Requiem protein links RelB/p52 and the Brm-type SWI/SNF complex in a non-canonical NFκB pathway. J. Biol. Chem., 285: 21951-21960 (2010)
  14. Mizutani T, Ishizaka A, Tomizawa M, Okazaki T, Yamamichi N, Kawana-Tachikawa A, Iwamoto A. Iba H. Loss of the Brm-type SWI/SNF chromatin remodeling complex is a strong barrier to the Tat-independent transcriptional elongation of HIV-1 transcripts. J. Virol., 83:11569-11580. (2009)
  15. Yamamichi N, Shimomura R, Inada K, Sakurai K, Haraguchi T, Ozaki Y, Fujita S, Mizutani T, Furukawa C, Fujishiro M, Ichinose M, Shiogama K, Tsutsumi Y, Omata M, Iba H. LNA in situ hybridization analysis of miR-21 expression during colorectal cancer development. Clin. Cancer Res., 15:4009-4016. (2009)
  16. Yamamichi N, Inada K, Furukawa C, Sakurai K, Tando T, Ishizaka A, Haraguchi T, Mizutani T, Fujishiro M, Shimomura R, Oka M, Ichinose M, Tsutsumi Y, Omata M, Iba H. Cdx2 and the Brm-type SWI/SNF complex cooperatively regulate villin expression in gastrointestinal cells. Exp. Cell Res., 315:1779-1789. (2009)
  17. Haraguchi T, Ozaki Y, Iba H. Vectors expressing efficient RNA decoys achieve the long-term suppression of specific microRNA activity in mammalian cells. Nucleic Acids Res, 37:e43. (2009)
  18. Fujita S, Ito T, Mizutani T, Minoguchi S, Yamamichi N, Sakurai K, Iba H. Mir-21 gene expression triggered by AP-1 is sustained through a double negative feedback mechanism. J. Mol. Biol., 378:492-504. (2008)
  19. Minoguchi S, Iba H. Instability of retroviral DNA methylation in embryonic stem cells. Stem Cells, 26:1166-1173. (2008)
  20. Kayama H, Ramirez-Carrozzi V. R, Yamamoto M, Mizutani T, Kuwata H, Iba H, Matsumoto M, Honda K, Smale S.T, Takeda K. Class-specific regulation of pro-inflammatory genes by MYD88 pathways and IκBζ. J. Biol. Chem., 283:12468-12477. (2008)
  21. Fujita S, Iba H. Putative promoter regions of miRNA genes involved in evolutionarily conserved regulatory systems among vertebrates. Bioinformatics, 24:303-308. (2008)