同じ「遺伝子」という設計図から、なぜ多様なタンパク質が作られるのでしょうか？その鍵を握るのが「RNAスプライシング」という、遺伝情報を編集するプロセスです。このプロセスは心臓の健康と病気に深く関わっていますが、従来の解析方法では、その詳細な変化、特に心不全において何が「間違って」編集されているのかを見逃していました。この度、ノースウェスタン大学医学部の科学者たちが、健康な成人の心臓と心不全の心臓の遺伝暗号配列を「細胞レベル」で詳細にマッピングした、初の包括的な「アトラス（地図帳）」を作成しました。
このリソースは、心臓の健康への理解を深め、心血管疾患の新たな治療標的の開発に情報を提供する可能性を秘めています。この研究は2025年9月29日に『Circulation』誌に掲載されました。
このオープンアクセスの論文タイトルは「Single-Cell Splicing Isoform Atlas of the Adult Human Heart and Heart Failure（成人ヒト心臓および心不全のシングルセル・スプライシング・アイソフォーム・アトラス）」です。
「我々の研究は、非疾患および疾患状態の成人ヒト心臓の左心室におけるスプライシング・アイソフォームの貴重なリソースを提供し、心臓の健康と病態におけるそれらの役割のより深い理解に貢献します。これらの細胞特異的なアイソフォームの完全長（full-length）の詳細は、下流のトランスレーショナル研究やメカニズム研究のための重要なリファレンスとなります」と、研究の上級著者であり、生化学・分子遺伝学の助教授であるルーリー・ガオ博士（Ruli Gao, PhD）は述べています。
選択的RNAスプライシング（Alternative RNA splicing）は、同じ遺伝子から異なるコーディング配列、すなわちRNAアイソフォーム（RNA isoforms）を生成するmRNAに作用することで、心臓の発生と心血管疾患の発現において重要な役割を果たしています。
「正常な心臓の発生において、選択的スプライシングはタンパク質の多様性の時間的、空間的、組織特異的な調節を可能にし、発生における様々な心臓機能をサポートします。心疾患では、異常なスプライシング調節が、誤ってスプライシングされたmRNAとそのタンパク質産物を介して、心臓の重要な収縮や電気伝導に影響を与え、心筋症、不整脈、心不全などの疾患の一因となります」と、ノースウェスタン大学ロバート・H・ルリー総合がんセンター（Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center）のメンバーでもあるガオ博士は述べています。
以前、ガオ博士と彼女のチームは、凍結された心臓組織サンプルから、個々の細胞内の何千もの完全長転写産物をプロファイリングできる、新規のハイスループット・ロングリード・シングル核RNAシーケンシング（high throughput long-read single-nucleus RNA-sequencing）法を開発しました。
独自のアプローチと計算解析を組み合わせて、研究者らは健康な成人心臓組織および心不全の心臓組織におけるスプライシング・アイソフォームの包括的なアトラスを、細胞タイプ解像度で作成しました。
まず、科学者たちは健康な成人の心臓と心不全の心臓の左心室組織サンプルに、ロングリード・シングル核アプローチを適用しました。次に、計算解析を用いて、アイソフォームの不均一性、発現パターン、細胞タイプ、細胞状態、心臓の状態間での使用シフトなど、複数の側面から完全長アイソフォームを詳細に分析しました。最後に、彼らはインシリコ（in silico）アプローチを適用して、特定されたアイソフォームの機能的関連性を評価し、トップアイソフォームを用いて自身のアプローチの正確性を実験的に検証しました。
これらの分析により、アイソフォームの不均一性（isoform heterogeneity）が、心臓の細胞システムにおいて細胞タイプや細胞状態全体で広範に見られることが明らかになりました。
例えば、健康な左心室では、細胞タイプ特異的に発現する遺伝子の約30%が「ポリフォーム（polyform）」であり、中核となる細胞プログラムを緩衝・維持するために調整された複数のアイソフォームを利用していることを意味します。心臓で普遍的に発現するTNNI3やACTG1といった300以上の遺伝子が、アイソフォームの差次的な使用を通じて細胞タイプ特異的なプログラムに関連付けられています。心不全と比較すると、心筋細胞の合計379個の遺伝子が、進化的に保存された微小管遺伝子であるFRYを含め、著しいアイソフォーム使用シフトを示しました。
「注目すべきことに、アイソフォーム使用シフトに関与するこれらの遺伝子のほとんどは、従来の遺伝子発現解析では見逃されていました」と、本研究の筆頭著者であり、ドリスキル生命科学大学院プログラム（DGP: Driskill Graduate Program in Life Sciences）の学生であるティモシー・パン氏（Timothy Pan）は述べました。
この結果は、RNAアイソフォームが主要な細胞プログラムをサポートし、疾患関連の細胞状態に寄与する上で極めて重要な役割を果たしていることを強調している、とガオ博士は述べています。
「実際の病態生理学的条件下にあるヒト心臓における細胞タイプ特異的なアイソフォームのロングリード・シーケンシングは、正常時と疾患時の両方に関連する転写産物のコーディング配列を、正確かつ包括的に調査することを可能にします」とガオ博士は言います。「RNAアイソフォームは心疾患を理解する上で不可欠ですが、この研究によって明らかにされた転写産物配列の完全長の詳細は、新たな治療標的のより良い発見と、より正確な診断戦略の開発を可能にします。」
本研究の共著者には、ガオ研究室のポスドク研究員であるリナ・ルー博士（Lina Lu, PhD）、チェンカイ・シャウ博士（Cheng-Kai Shiau, PhD）、ミンフア・ワン博士（Minhua Wang, PhD）、DGPの学生であるエリック・トン氏（Eric Tong）、心臓病学部門の臨床助教授であるアージューン・シンハ博士（Arjun Sinha, MD、‘21 MS）、ハロルド・L・アンド・マーガレット・N・メソッド外科学教授であるアンキット・バーラット（Ankit Bharat, PhD）博士、および心臓病学部門の准教授であるジェーン・ウィルコックス博士（Jane Wilcox, MD、‘15 MSc）が含まれます。
写真：ルーリー・ガオ博士（Ruli Gao, PhD）
