タンパク質をコードする遺伝子とコードしない遺伝子

すべての遺伝子がタンパク質を生成するわけではありません。タンパク質をコードする遺伝子は、メッセンジャーRNAに転写され、それがタンパク質に翻訳されます。一方、非コード遺伝子は、RNAとして機能する機能的なRNA分子を生成し、他の分子を調節、処理、または足場として機能します。ゲノムアノテーションはこれらのクラスを区別し、非コード遺伝子は、ゲノムがタンパク質のみであるという長らく想定されてきた見方をはるかに上回る数であることが判明しています。

Definition

タンパク質をコードする遺伝子は、mRNAに転写され、タンパク質に翻訳されます。非コード遺伝子は、機能的なRNA（長鎖非コードRNA、マイクロRNA、またはその他の非翻訳RNAなど）に転写され、翻訳されることなくRNAとしてその役割を果たします。

Scope

このトピックでは、タンパク質をコードする遺伝子とコードしない遺伝子の区別、機能的な非コードRNAの主要なクラス、およびゲノムアノテーションが遺伝子をこれらのカテゴリにどのように割り当てるかについて説明します。これは参照および教育資料であり、非コード遺伝子の疾患関連性は、臨床的ガイダンスとしてではなく、一般的な用語で記述されています。

Core questions

• タンパク質をコードする遺伝子とコードしない遺伝子を区別するものは何ですか？
• 機能的な非コードRNAの主要なクラスは何ですか？
• ゲノムアノテーションは、転写産物がコード遺伝子であるかどうかをどのように決定しますか？
• 非コード遺伝子はタンパク質を生成しないにもかかわらず、なぜ生物学的に重要なのでしょうか？

Key concepts

• タンパク質コード遺伝子
• メッセンジャーRNA (mRNA)
• 非コードRNA (ncRNA)
• 長鎖非コードRNA (lncRNA)
• マイクロRNAおよび小型制御RNA
• 機能的RNAと非翻訳配列
• ゲノムアノテーションとコード化能

Mechanisms

タンパク質をコードする遺伝子は転写され、mRNAは処理されてエクスポートされ、リボソームがそのオープンリーディングフレームをタンパク質に翻訳します。非コード遺伝子は転写されますが、その産物は折りたたまれてRNAとして機能します。長鎖非コードRNAはクロマチン修飾因子を誘導したり、タンパク質複合体の足場となったり、隣接する遺伝子を調節したりする可能性があります。一方、マイクロRNAなどの小型RNAは標的メッセージと対合して、その安定性と翻訳を制御します。アノテーションパイプラインは、オープンリーディングフレームの存在と保存などの特徴によって転写産物を分類し、コード遺伝子と非コード遺伝子を区別します。

Clinical relevance

非コード遺伝子は発現を調節するため、それらまたはそれらの標的におけるバリアントは、タンパク質配列が変化しない場合でも疾患に寄与する可能性があります。したがって、遺伝子がコード遺伝子であるか非コード遺伝子であるかを認識することは、バリアントの解釈方法を形成します。このトピックは、参照および教育のための概念的背景を提供するものであり、個別の診断や治療の根拠となるものではありません。

Epidemiology

ゲノムワイドアノテーションは、ヒトゲノムには約2万個のタンパク質コード遺伝子に匹敵する数の長鎖非コードRNA遺伝子が含まれており、ゲノムの大部分が非コードRNAに転写されていることを示しています。これにより、非コード遺伝子は、些細な好奇心ではなく、遺伝子構成の量的に主要な構成要素として確立されています。

Evidence & guidelines

ヒト非コード遺伝子のカタログは、系統的なトランスクリプトームアノテーションから得られています。ENCODEはゲノム全体にわたる広範な転写をマッピングし、GENCODEに基づく研究は、長鎖非コードRNAの遺伝子構造、保存、発現を記述する参照カタログを構築し、これがアノテーション標準として機能しています。

History

数十年間、遺伝子はタンパク質コード単位と同一視され、構造RNAは少数の例外として扱われていました。2000年代のトランスクリプトーム研究により、ゲノムの大部分が非コードRNAに転写され、数千の長鎖非コードRNA遺伝子が存在することが明らかになり、遺伝子の定義は機能的なRNA産物を含むように拡大されました。

Debates

真に機能的な非コード転写産物はいくつあるのか？

広範な転写は膨大な数の非コードRNAを生成しますが、生物学的機能を持つものを転写ノイズから区別することは依然として議論の的となっており、保存、発現特異性、および実験的証拠に依存します。

Key figures

• Roderic Guigó
• John Rinn
• Irene Bozzoni

Seminal works

• encode-2012
• derrien-2012
• cabili-2011

Frequently asked questions

非コード遺伝子がタンパク質を生成しない場合、それは何をしますか？

そのRNA産物自体が機能的です。長鎖非コードRNAはクロマチンと遺伝子発現を調節し、マイクロRNAなどの小型RNAは他のメッセージの安定性と翻訳を制御します。

科学者はコード遺伝子と非コード遺伝子をどのように区別しますか？

アノテーションは、転写産物のコード化能、主に翻訳される可能性のある保存されたオープンリーディングフレームが含まれているかどうかを評価し、それをタンパク質コード遺伝子または非コード遺伝子として分類します。