ドイツのボーフムとミュンスターの研究者らは、細菌細胞内のすべてのRNA分子の構造を一度に決定する新しい方法を開発した。 これまでは、解析を各RNA分子に対して個別に行う必要があった。 正確な組成に加えて、それらの構造はRNAの機能にとって重要だ。チームは、2020年5月28日にNucleic Acids Researchでオンラインで公開された論文で、鉛（Pb）シーケンスのLead-Seqと呼ばれる新しいハイスループット構造マッピング手法について説明している。 この論文は「Lead-Seq：鉛（II）イオンを使用したin vivoでのトランスクリプトーム全体の構造プロービング（Lead-Seq: Transcriptome-Wide Structure Probing in Vivo Using Lead (II) Ions.）」と題されている。
ルール大学ボーフム（RUB）の微生物生物学のChristian Twittenhoff氏、Vivian Brandenburg氏（写真右）、Francesco Righetti博士 およびFranz Narberhaus教授（写真左）は、RUBのAxel Mosig教授が率いるバイオインフォマティクスグループ およびミュンスター大学のPetra Dersch教授が率いるチームと協力した。
すべての生きている細胞では、遺伝情報は二本鎖DNAに保存され、一本鎖RNAに転写され、タンパク質の青写真として機能する。 ただし、RNAは遺伝情報の線形コピーであるだけでなく、しばしば複雑な構造に折りたたまれる。 一本鎖領域と部分的に折りたたまれた二本鎖領域の組み合わせは、RNAの機能と安定性にとって非常に重要だ。
「RNAについて何かを学びたいのであれば、それらの構造も理解する必要がある」とNarberhaus教授は語った。 Lead-Seqを使用して、著者らは細菌細胞内のすべてのRNA構造の同時分析を容易にする方法を提示する。 その過程で、研究者らは鉛イオンが一本鎖RNAセグメントの鎖切断を引き起こすという事実を利用している。 一方、折りたたまれたRNA構造、つまり二本鎖は、鉛イオンの影響を受けない。
鉛を適用することにより、研究者らは一本鎖RNA領域をランダムな位置で小さな断片に分割し、それらをDNAに転写して配列決定した。 したがって、各DNA配列の始まりは、RNAの以前の鎖切断に対応していた。 「これは、対応するRNA領域が一本鎖として存在していたことを示している」とNarberhaus教授は説明する。
バイオインフォマティクスを使用した構造予測
次に、Brandenburg氏 とMosig 博士は、バイオインフォマティクスを使用して、実験で得られた一本鎖RNAセクションに関する情報を評価した。 「非切断RNA領域は二本鎖として存在すると想定し、予測プログラムを使用して、RNA分子をどのように折りたたむ必要があるかを計算した」とBrandenburg氏は述べた。 「これにより、Lead-Seqからの情報を含む構造は、この情報を含まない場合よりも信頼性が高くなった。」
このアプローチにより、研究者らは、細菌Yersinia pseudotuberculosis の何千ものRNAの構造を一度に同時に決定することができた。 チームは、いくつかのRNA構造のLead-Seqによって得られた結果を従来の方法を使用して得られた結果と比較したが、どちらも同じだった。
新しいRNA温度計が発見された
一部のRNA構造は温度によって変化するため、グループは摂氏25度と37度で実験を行った。 RNA温度計 として知られるものを使用して、下痢の病原菌Yersinia pseudotuberculosisなどの細菌は、それらが宿主内にあるかどうかを検出できる。 チームはLead-Seqを使用して、既知のRNA温度計を特定しただけでなく、いくつかの新しい温度計も発見した。
Lead-Seqの確立
Lead-Seqの確立には約5年かかった。 「我々は、細菌の多数のRNA分子を同時にマッピングできるようになったことを嬉しく思う。」「この方法の利点の1つは、小さな鉛イオンが生きている細菌細胞に容易に入ることができることだ。したがって、この方法は普遍的に使用でき、将来的に細菌のRNAの詳細な構造機能分析を容易にするものと想定している。」とNarberhaus教授は結論付けている。
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Franz Narberhaus 教授と Vivian Brandenburg氏は、解読されたRNA構造の1つについて議論している。(Credit: RUB, Marquard)
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Franz Narberhaus教授とChristian Twittenhoff氏（右）は、以前にRNA温度計がどのように融解するかを示すモデルを作成した。 (Credit: RUB, Kramer)
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BioQuick News:RNA Structures Revealed by the Thousands Using Lead (Pb+2) Sequencing Approach
