これまで、iPS細胞から分化細胞へと運命を変えるためには、培養の段階ごとに外から成長因子や化学物質などを加えたり、遺伝子を導入することが必要で、細胞内の状態に応じた運命制御は困難でした。本研究グループは、細胞内の状態に応じて外来遺伝子の発現を調節し、細胞の運命を制御できるRNAスイッチの開発を進めています (Saito H., Nat. commun. 2:160, 2011)。これまでの研究では遺伝子の発現を抑制するOFFスイッチと、活性化するONスイッチは独立に作成・最適化する必要があり、目的の感度や性能をもったスイッチの機能を予測して、簡便に作ることは困難でした。今回開発したRNAインバータは、RNAスイッチの機能をOFFからONへ、その検出物質への特異性や感度を維持したまま自在に変換することを可能とします。RNAスイッチは、細胞内の状況を感知し、自律的に遺伝子発現を制御するため、細胞内の状態に応じて、iPS細胞から分化細胞へと誘導する方法や、ガン細胞のみを感知して細胞死を導く方法などへの応用などが期待されています。

　今回本グループは、簡便にRNAスイッチの性能を調節・反転する手法を開発し、それを実現する人工RNAからなる部品を「RNAインバータ」と名づけました。開発したRNAインバータは、RNAスイッチの機能をOFFからONへ、その特徴を維持したまま自在に変換することができます。

　このRNAインバータを挿入した人工mRNAは、細胞内で標的となる因子が発現していない場合、速やかに分解されます。ここで標的因子が発現すると、人工mRNAは標的に結合し（検出）、その発現量に応じてmRNAが安定化され（判断）、目的とする外来遺伝子の翻訳を活性化します（実行）。たとえば今回の成果の応用例として、がん細胞に特有の物質（例：がんマーカ因子など）が「ある」と、その細胞が死滅する遺伝子（例：細胞死誘導遺伝子）を発現するスイッチの構築が考えられます。

　実際今回の研究でも、RNAスイッチがコードする遺伝子を細胞死誘導タンパク質にすることで、標的因子が発現した特定の細胞に対して選択的に細胞死を誘導できることが確認できました。また、これまでの技術では、一つの因子で複数の遺伝子の発現を同時、かつ独立に制御することは困難でした。今回の方法では、mRNA 1 分子内の改変で、スイッチの性能を調整したり、機能を反転させたりすることができます。したがって、1 つの制御因子が複数の外来遺伝子の発現のオン・オフを個別かつ同時に制御することができるようになりました。

　　"A versatile cis-acting inverter module for synthetic translational switches"

　　人工翻訳スイッチの部品となる汎用的RNAインバータモジュール

　　Kei Endo, Karin Hayashi, Tan Inoue*, and Hirohide Saito*

　　（遠藤慧、林香倫、井上丹*、齊藤博英*）　* corresponding author

　本研究は、下記機関より資金的支援を受けて実施されました。

　・JST ICORP RNAシンセティックバイオロジープロジェクト

　・文部科学省「科学研究費補助金」若手研究A

　・武田科学振興財団ライフサイエンス研究奨励

　・内藤記念科学振興財団

注1）RNA

リボ核酸のこと。細胞内で様々な役割を担っており、DNAの塩基情報がRNA（伝令RNA）に転写され、その情報をもとにリボソームでタンパク質が合成される。リボソームの活性に重要な部分はRNA（リボソームRNA）でできており、タンパク質合成の際にアミノ酸をリボソームに誘導するのもRNA（運搬RNA）の働きである。最近では、タンパク質を生み出さないRNA（ノンコーディングRNA）が生命現象のさまざまな場面で重要な役割を果たしていることが分かってきている。

注2)　RNA スイッチ:

細胞内の物質を検知して（内部状態に応答して）、保持する遺伝子の発現を制御する mRNA 分子。検知する物質の存在下で遺伝子発現が抑制される 「OFF スイッチ」と、活性化される 「ON スイッチ」の 2 種類のスイッチが考えられる。

注3) インバータ

入力と反対の出力を生成する回路のこと。

注4)　RNA インバータ:

「OFF スイッチ」と「ON スイッチ」とを切り換えるためにRNA スイッチに挿入して使用する変換モジュールで、本研究で開発した RNA 配列。インバータによる変換の前後で、スイッチの特徴（検知物質への特異性や感度）は維持される。