タンパク質は私たちの体を形づくる重要な要素であり、その配列や、いつ・どこで機能するかといった情報は細胞が持つゲノムに記録されています。その意味で、ゲノムは生命の設計図であると言えます。ところが、そのゲノムの約半分は、トランスポゾンと呼ばれるウイルス様の自己増殖配列によって占められています。私たちが研究しているのは、そのようなトランスポゾンを抑制するために動物が獲得した PIWI-interacting RNA（piRNA）という仕組みです。piRNAは主にトランスポゾンに対応した配列を持ち、ゲノム中の「非自己」配列を見分けて抑制します。とくに次世代へ遺伝情報を受け渡す生殖細胞で重要な働きを担っており、piRNAが失われると多くの生物で不妊が起こります。私たちは、piRNAを単なる防御因子としてではなく、変化する非自己に応じて更新される分子記憶の仕組みとして捉えています。トランスポゾンは新たに侵入したり、配列を変化させたりするため、防御機構もまた固定的ではなく、変化に応じて組み替わる必要があります。私たちは、piRNAがどのようにして「非自己」を識別し、その記憶を維持・更新しているのかを明らかにするとともに、その原理を利用した新しいRNA制御技術の開発を目指しています。
ボルバキアに代表される細胞内共生細菌は、広く昆虫に感染し、生殖巣を経由して母から子へと垂直伝播します。つまり、次世代へ受け継がれる細胞環境の中で、共生細菌とpiRNAは同じ場を共有しています。私たちは、piRNAが細胞内共生細菌の識別や制御にどのように関わるのか、また逆に、細胞内共生細菌が宿主の piRNA 経路にどのような影響を与えるのかを明らかにしようとしています。この研究は、共生と防御の境界を理解する文脈に位置しています。病原体のように排除すべき相手と、共存しながら次世代へ受け継がれる相手とを、生殖系列のRNA制御機構がどのように扱い分けているのかを明らかにすることで、宿主防御、進化、種の保存に関する新しい理解につながると期待しています。
私たちは、piRNAの配列パターンが固定的に決まるのではなく、時間の経過や条件の違いに応じて少しずつ変化する「ゆらぎ」を示すことを見いだしてきました。このことは、piRNAが単純に決められた位置から作られるのではなく、複数の候補の中から柔軟に選ばれていることを示唆しています。この「まばら」で「ゆらぐ」性質が、トランスポゾン配列の変化に対して抑制位置を動的に組み替える仕組みにつながるのではないかと考えて研究を行っています。私たちは、この性質をpiRNAの自己組織化と考えています。すなわち、個々のpiRNAが局所的な相互作用を通して、全体としてより効率よくトランスポゾンを抑制できる配置へと自律的に整っていく、という考え方です。もしこの仕組みが正しければ、トランスポゾン側が変異によって既存の抑制を逃れようとしても、piRNA側が別の位置を使うことで再び抑制を回復できる可能性があります。私たちは、この自己組織化がどのような分子機構に支えられ、どのような生物学的意義を持つのかを明らかにしようとしています。
piRNAクラスターは、piRNAの主要な供給源となるゲノム領域であり、トランスポゾン断片を多く含むことから、過去に遭遇した「非自己」の記憶を蓄える場と考えられます。一方で、この領域は生物種間であまり保存されず、進化の過程で生まれたり失われたりする、きわめて動的な構造でもあります。私たちは、piRNAクラスターを、単なるpiRNAの産生源ではなく、防御記憶を保持し更新するゲノム基盤として捉えています。しかし、動的な更新に際して、どのようなルールで、どのようなことが起こっているのかはまだ誰も知りません。さらに、将来的には、数世代で起こる短期的な配列のゆらぎと、数千年から数百万年のスケールで起こると考えられる長期的なクラスター再編とがどのようにつながっているのかを解明することを目指します。
私たちは、mRNAやpiRNAを大規模シークエンサーで取得して計算機上で解析するバイオインフォマティクスと、分子レベルで生命現象を理解する分子生物学を組み合わせて研究を進めています。主に培養細胞や昆虫モデルを用いますが、共同研究を通じて多様な生物種にも対象を広げています。また、単に観察された現象を記述するだけでなく、piRNAがどこから生じやすいか、どのような条件で配列のゆらぎが大きくなるか、どのようなトランスポゾン変化に応答できるかを、データに基づいて予測することも目指しています。こうした実験と情報解析の往復により、piRNAと非自己との関係をより一般的な原理として理解し、将来的にはウイルス応答や疾患、RNA設計へとつながる応用基盤を築きたいと考えています。