科學研究 - 【自噬開創的新世界】（四）自噬選擇性分解mRNA，有望闡明與疾病的關係

牧野支保
東京工業大學科學技術創成研究院
細胞控制工學研究中心研究員
2020年入選ACT-X研究人員

與各種生命現象有關的蛋白質是根據基因體中記錄的遺傳資訊合成的。東京工業大學科學技術創成研究院細胞控制工學研究中心的牧野支保研究員專注於參與蛋白質合成的傳訊RNA（mRNA），以便闡明自噬的機制。牧野目前正在ACT-X的「生命與化學」研究領域致力於「自噬選擇性分解mRNA的機制研究」。

牧野之前一直在東北大學研究生院研究mRNA的分解機制，在思考取得博士學位後的研究方向時，她看到了東京工業大學的大隅良典特任教授發佈的一份令人震驚的報告。「（透過報告）瞭解到一直被自己作爲蛋白質分解機制的自噬還會分解負責遺傳資訊的RNA，對此她感到非常驚訝」。於是牧野立即與大隅博士取得聯繫，加入到了他的研究室。

遺傳資訊是DNA上的鹼基序列，其中一部分會被轉錄到mRNA上，然後被翻譯成構成蛋白質的胺基酸序列（圖1）。作爲蛋白質分解機制之一的自噬會將蛋白質分解爲氨基酸。此前已知自噬對蛋白質的分解具有選擇性，因此牧野假說自噬對mRNA的分解也存在某種選擇性。她培養了在液泡内分解RNA的酶Rny1缺損的出芽酵母，調查了液泡中沒有被自噬分解，而是積累下來的mRNA。由此發現，其中含有大量參與氨基酸生物合成的酶的mRNA。牧野說：「這個結果表明，自噬可能透過分解mRNA調節了氨基酸的量。」

圖1：首先，細胞核内發生將DNA鹼基序列克隆到傳訊RNA（mRNA）鹼基序列上的「轉印」。接下來發生細胞質中的核糖體將mRNA的鹼基序列更換爲蛋白質的胺基酸序列的「翻譯」。這種在所有生物中都相同的DNA→RNA→蛋白質程序稱爲「中心法則」。

另外她發現，已開始進行翻譯並與核糖體結合的mRNA容易被分解。翻譯時與核糖體的結合程度（由mRNA末端未被翻譯成蛋白質的區域決定）會影響分解的容易程度（圖2）。這表明，自噬可能透過分解部分mRNA調節了基因的功能，以適應營養飢餓等誘導自噬的環境。

圖2：自噬分解mRNA的機制。誘導自噬後，保持與核糖體結合的mRNA被選擇性分解。

研究才剛剛起步
做只有自己才能做的事情

目前除mRNA外，牧野還將研究範圍擴大到了合成蛋白質時負責將氨基酸轉運至核糖體的轉運RNA（tRNA）中。她說：「自噬也參與了tRNA的分解，對此頗感興趣並推進研究」。tRNA的含量高於mRNA，約佔細胞内所有RNA的15％。tRNA被認爲除翻譯外還與各種生理功能和疾病有關，如果研究取得進展的話，還有望用來開發各種相關疾病的冶癒藥物。

牧野回憶說，迄今爲止的研究並非一帆風順。但即便結果並不令人鼓舞，大隅博士仍會鼓勵她說「一定能發現有趣的東西的」，爲她提供了莫大的支援。牧野笑着說：「關於自噬選擇性分解RNA的機制的研究才剛剛起步。作爲一名RNA研究人員，我想做只有我才能完成的研究。」

日語原文

文：JSTnews 11月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部