私たちの細胞が生命活動を維持するために欠かせないタンパク質。その製造工場である「リボソーム」が、どこで、どのようにして生まれるのか、その誕生の瞬間は長らく謎に包まれていました。特に、リボソームRNA（rRNA: ribosomal RNA）が新しいリボソームへと姿を変える場所である、細胞核内の高密度領域「核小体」の内部を覗き見る方法がなかったためです。しかし今回、ついにそのブラックボックスの扉を開く画期的な研究成果が発表されました。
2025年7月2日に科学雑誌Natureに掲載されたこの論文は、ロックフェラー大学、プリンストン大学、ブリュッセル自由大学の共同研究によるものです。この研究は、rRNAがどのようにしてリボソームを作り出すのかを明らかにしただけでなく、rRNA自身が核小体の「設計図」の役割を果たしていること、そして、その設計図を少し書き換えるだけで核小体の形や構造を作り変えることさえ可能であることを示しました。このオープンアクセスの論文のタイトルは、「Mapping and Engineering RNA-Driven Architecture of the Multiphase Nucleolus（RNAが駆動する多相的な核小体の構造のマッピングと操作）」です。
「私たちは今や、細胞小器官（オルガネラ）全体の構造を設計し、操作することができるのです」と、ロックフェラー大学タンパク質・核酸化学研究室を率いるセバスチャン・クリンゲ（Sebastian Klinge）博士は語ります。「これにより、原子レベルの構造と細胞全体の構成との間のギャップを埋め、オルガネラの形と機能を司る正確な分子メカニズムを解き明かすことに、また一歩近づきました。」
リボソームの誕生
核小体は、初めて観察されたオルガネラのひとつで、細胞核の中でひときわ濃く見えるため、見過ごすことが難しい存在です。ここでは、rRNAが転写、プロセシングされ、リボソームの部品（サブユニット）へと組み立てられた後、細胞質へと運び出されます。核小体を詳しく見ると、最も内側の線維性中心（FC: fibrillar center）、中間の高密度線維性成分、そして最も外側の顆粒成分という3つの入れ子構造になっていることがわかります。
科学者たちは、この特徴的な構造がリボソームの生合成に関係していると考えていましたが、これらの層がどのように形成され、rRNAやリボソームと相互作用するのかは不明でした。この疑問は、リボソームの組み立てを司る分子メカニズムを専門とするクリンゲ博士にとって、そしてロックフェラー大学にとっても、特に重要な意味を持っていました。リボソームは1955年にロックフェラー大学で発見されて以来、同大学の研究室はRNA研究において非常に大きな役割を果たしてきたのです。
rRNAが果たす役割
この研究で、プリンストン大学とブリュッセル自由大学の研究者たちは、最先端の手法を用いて新しく作られたrRNAを標識し、それが細胞内でどのように移動し、成熟していくかを観察しました。その結果、核小体の階層構造は、rRNA自身の動きによって形作られていることを発見しました。rRNAは生成されると、核小体の各層を特定の順序で通過していきます。もし、いずれかのステップが欠けたり遅れたりすると、rRNAはその場に留まってしまい、核小体の構造が崩壊してしまうのです。このことは、核小体の各層（特にDFC）が、リボソームが最終的に正しく作られるようにするための品質管理チェックポイントとして機能していることを示しています。
しかし、この結果はさらに興味深い可能性を示唆しました。もし核小体の構造がリボソームの生産とこれほど密接に結びついているのであれば、核小体は自らが可能にしているプロセス、つまりリボソーム生産の各ステップそのものによって形作られ、維持されているのではないでしょうか？
この仮説を検証するため、研究チームは合成核小体の構築と、rRNAの改変が核小体の構造にどのような影響を与えるかを直接テストするために、クリンゲ博士に協力を求めました。クリンゲ博士の研究室は、2021年に発表した先行研究に基づき、ヒトのリボソーム組み立ての構造と進行を操作するために設計されたDNAプラスミドを提供しました。彼の貢献により、研究チームはrRNAの配列を微調整し、リボソーム生合成の経路を変更することが可能になったのです。
クリンゲ博士の合成核小体を用いて、研究者たちは核小体の構造を操作できることを発見しました。リボソーム組み立て中間体の形成を阻害するrRNAの変異を導入することで、通常は中心部に位置するFCとDFCを核小体の周縁部へと追いやる、オルガネラ全体の構造反転に成功したのです。この反転はrRNAの正常な放出を妨げ、別の変異を導入することによってのみ元に戻すことができました。これらの知見に基づき、研究者たちは、rRNA中間体の変化が核小体の層間の物理的な張力にどのように影響するかを説明する生物物理学的なモデルも開発しました。
「私の研究室が以前、機能研究に用いたDNAプラスミドを基にした人工核小体の設計が、リボソーム前駆体RNAの配列情報と、マイクロメートルスケールでのヒト核小体の多層構造とを結びつける出発点となりました」とクリンゲ博士は説明します。「このプラスミドを再設計することで、特定のリボソーム組み立て中間体が正しく形成されることが、ヒト核小体の構造を決定づけることを示すことができたのです。」
これらの実験結果は、核小体が単なるリボソーム生産の場ではなく、RNAによってプログラムされた動的なオルガネラであることを示しています。
今後、クリンゲ博士らは、リボソーム組み立て中間体が核小体の多層構造をどのように移動し、そこから出ていくのかを探求し、生命の最も基本的な機械のひとつがどのようにして組み上がるのかという謎の解明を続けていきたいと考えています。「近いうちに、このメカニズムをほぼ原子レベルで解明することが可能になるかもしれません」とクリンゲ博士は語りました。
画像：核小体（灰色のメッシュで表現）内を移動するリボソーム前駆体粒子の図解。 (Credit: Phospho biomedical animation)
