RNA干渉が雌の減数分裂における重要な遺伝子を明らかにした

遺伝子スクリーニングは、さまざまな生物学的プロセスに必要な遺伝子を見つけるための重要なツールだよ。科学者たちは、このスクリーニングを使って、特別な細胞分裂である女性の減数分裂の問題を研究してきたんだ。一部の研究者は自然発生の変異体を使い、他の研究者は化学薬品や特別な方法を使って染色体に新しい遺伝子を挿入する変異を作ったよ。ほとんどのスクリーニングは、変異染色体をホモ接合体にすることに焦点を当てていて、つまり同じ遺伝子の2つのコピーを持つってことね。この方法は、減数分裂の非分離によって異常な子孫がたくさんできるような劣性遺伝子の変異を見つけるのに役立ったんだ。

でも、このアプローチには限界もあったよ。女性の変異体が生存可能で繁殖可能である必要があるから、致死的な変異とか不妊を引き起こすものは検出できなかったんだ。それに、非分離を引き起こす特定の変異だけを特定して、他の問題を見落としてしまうこともあった。改善策として、分裂再結合と呼ばれるプロセスを使ってホモ接合体の生殖細胞クローンを作る技術が登場したんだ。これにより、研究者たちは特定の染色体を生殖細胞でホモ接合体にしつつ、体の他の部分ではヘテロ接合体のままにして、通常致死的な変異を研究できるようになったよ。

さらに進展があって、RNA干渉（RNAi）を使って特定の遺伝子の活動をターゲット的に減少させる手法が導入されたんだ。RNAiは細胞内の自然な防御メカニズムを利用して、ターゲット遺伝子に一致する配列を導入することで働くよ。これが、その遺伝子のメッセンジャーRNA（mRNA）を分解させて、効果的にそのレベルを下げるのさ。多くの場合、これによって遺伝子発現が80〜95％減少することがあるんだ。果物バエでは、特定の組織で活性化できるRNAi構造のコレクションを作り、通常は致死的な変異の影響を調べることができるようになったんだ。

この方法を使って、私たちの研究室では女性の減数分裂の初期段階で起こる2つの重要なイベントを調べているよ。1つ目は染色体の集結で、細胞分裂中に染色体が正しく動いて整列することを指すよ。果物バエの卵形成は、発達段階に基づいて14段階に分けられているんだ。12段階から13段階への移行は、細胞分裂の1つの段階が終わり、別の段階が始まることを意味している。この時間中に紡錘体構造が形成され、染色体が分離し始めるんだ。

交換点がない場合、すなわちキアズマがないと、非交換染色体はまだつながったままなんだ。そしてこれらの染色体は紡錘体の反対側に向かって移動する。最終的には、細胞分裂の前に、メタフェーズプレートでコンパクトな構造を形成するために集まるはずなんだ。この集結が正しく起こらないと、染色体数が不正確な配偶子ができるなどの問題が生じることがあるよ。

#オオプラスミックフィラメントの研究

私たちの研究の2つ目の焦点は、特定のタンパク質が局在することが最初に観察されたオオプラスミックフィラメントの理解だよ。これらのフィラメントは、胚嚢の崩壊後すぐに現れ、卵が活性化されて受精した後すぐに解体されるように見えるんだ。特定のタンパク質は、環境の変化に応じてこれらのフィラメントに付着する動的な挙動を示すよ。

研究者たちは特別なイメージング技術を使ってこれらのフィラメントを可視化し、それらが独自の構造を持っていることに気づいたんだ。でも、これらのフィラメントを形成するタンパク質を特定しようとしても、具体的に何でできているのかは不明のままで、それが減数分裂プロセスにおける役割を理解するのを複雑にしているんだ。

私たちの研究室では、女性の減数分裂におけるこれらの2つのプロセスに必要な遺伝子を見つけるために、RNAi構造のコレクションをテストする細胞学的スクリーニングを行ったよ。凍結卵を分析して、従来の方法で研究したら致死性を引き起こしたかもしれない遺伝子を特定することに焦点を当てたんだ。これには、特定のRNAiストックからのオスを特定のドライバーを発現するメスと交配させて、特定のターゲット遺伝子のためのRNAiを誘導することが含まれてる。卵母細胞は、発達の欠陥を特定するために顕微鏡で調べられたんだ。

集結障害は、染色体の複数の塊を引き起こす一方で、フィラメントの欠陥はフィラメントの完全な不在やその構造の大きな変化を示すものだったんだ。過去のRNAiスクリーニングでは、卵形成の失敗につながるいくつかの遺伝子が特定されていたから、卵発達の後半に活性化される別のドライバーでそれらの系統を再テストしたんだ。

#スクリーニングプロセス

1,400以上のRNAi構造をスクリーニングして、減数分裂に関連する既知および未知の遺伝子を発見したんだ。試験した多くの遺伝子は以前に検査されていなくて、既知の減数分裂変異体が私たちの分析の貴重なコントロールとして役立つことを認識したよ。試験した構造の中で、多くのネガティブな結果を記録したけど、興味深い欠陥を持ついくつかの系統を特定することに成功したんだ。

スクリーニングプロセスによって、系統をさまざまなカテゴリに分けることができたよ。最初のカテゴリはネガティブな結果が含まれていて、欠陥が何も見られなかったもの。2つ目のカテゴリは、成熟した卵母細胞を生産しなかったのでテスト不可能だった系統だ。3つ目のカテゴリは、テストしたときに卵母細胞に欠陥を示さなかった系統が含まれていたよ。最後に、特定のヒットを示す欠陥のある系統のカテゴリを特定して、この部分を特にさらに研究したいと思ってるんだ。

#集結障害の特徴

私たちが観察した集結障害は、減数分裂染色体が一つの塊に集まれなくて、卵が分裂前に停止した段階で複数のDNAの塊が形成されることを含んでいたよ。私たちは、減数分裂染色体の分解や、異常な構造、つまり異常なヘテロクロマチンの配置のような問題にも気づいたんだ。

#スクリーニング方法論

スクリーニングを円滑に進めるために、私たちは体系的なアプローチを使用したよ。RNAi系統を発注して、適切なテスターストックと交配させて表現型を評価したんだ。交配の後、卵巣を解剖して固定し、顕微鏡で観察するためにサンプルを染色したよ。合理化されたプロセスのおかげで、多くのサンプルを効率的に分析できたんだ。

私たちの結果は、特定された遺伝子の多くが減数分裂にとって重要であり、RNAiが誘導されたときに多くの系統が不妊または半不妊であることを示したんだ。これで、従来のスクリーニング方法が致死性や不妊の影響により、多くの重要な遺伝子を見逃していた可能性があるっていう私たちの仮説が確認されたよ。

#スクリーニングの結果

私たちは、欠陥の有無に基づいてスクリーニングの結果をグループ化したよ。多くの系統が欠陥のないスコア可能な卵母細胞を生成した一方で、他はテスト不可能なカテゴリに分類されたんだ。少数は、私たちが研究していた細胞プロセスにおいて明確な欠陥を示したよ。

見つけたヒットの中には、以前に特性が不明だった遺伝子がいくつかあって、女性の減数分裂に関連する遺伝子の理解を広げてくれたんだ。

#遺伝子オントロジー分析

結果をさらに分析するために、遺伝子オントロジー分析を行って、遺伝子がどの生物学的プロセスに属するかを調査したよ。遺伝子の機能は広範囲にわたっていて、RNA代謝に関連するものが多かったんだ。いくつかの遺伝子は減数分裂や細胞周期の重要なプロセスに関与していたり、細胞成分を整理するのに重要な役割を果たしていたりしたよ。

#結論

この研究は、RNA干渉を女性の減数分裂に関与する重要な遺伝子を特定する強力なツールとして使う有用性を浮き彫りにしたんだ。生殖細胞に焦点を当てることで、さらなる研究の候補を特定することに成功したよ。バリデーションやオフターゲット効果に関するいくつかの課題に直面したけれど、得られた洞察が今後の調査を指導し、減数分裂の根底にあるメカニズムを明らかにするのに役立つと思う。

私たちの発見は、減数分裂中に関与する遺伝的要因のさらなる探求の扉を開いてくれたし、特に発達中の卵母細胞における正しい細胞機能に必要な構造的要素を特定するのに役立つと思う。今回のスクリーニングを通じて確立されたヒットやカテゴリは、今後の研究の基盤を提供し、減数分裂の複雑さとその遺伝的調節に関する理解を進めると思うよ。