リボザイムと触媒RNA

自己スプライシングイントロンからリボソームまで、酵素として機能するRNA分子、そしてその存在が生命の起源に示唆すること。

Definition

リボザイムは特定の生化学反応を触媒するRNA分子であり、触媒RNAは、タンパク質ではなく、折りたたまれたRNAの活性部位がRNAの切断、連結、ペプチド結合形成などの反応を加速する、より広範なRNAベースの触媒作用の現象を指します。

Scope

このトピックでは、RNAが触媒する反応と、それを行う分子について扱います。自己スプライシングするグループIおよびIIイントロン、RNase PのRNA成分、小型の自己切断型リボザイム、そして天然のリボザイムの主要な例としてのリボソームです。折りたたまれたRNAの活性部位がどのように触媒作用を達成するのか、また触媒RNAがRNAワールド仮説にどのように関連するのかについても考察します。RNA構造の一般的な生物学については、関連トピックで扱います。

Core questions

• RNA分子はどのようにして化学反応を触媒できるのでしょうか？
• 天然のリボザイムはどのような種類の反応を実行しますか？
• なぜリボソームはリボザイムと見なされるのですか？
• 触媒RNAは生命の初期進化について何を意味しますか？

Key theories

RNAは酵素になりうる

テトラヒメナのイントロンがタンパク質なしで自己切除することを示したチェクの発見は、RNAが活性部位に折りたたまれ、反応を触媒できることを確立し、すべての酵素がタンパク質であるという仮説を覆しました。

RNAワールドの示唆

RNAは情報を貯蔵し、リボソームにおけるペプチド結合形成を含む反応を触媒できるため、触媒RNAは、DNAとタンパク質酵素が出現する前にRNAベースの代謝が存在したという仮説を支持します。

Mechanisms

リボザイムは、タンパク質酵素と同様に、反応性基を配置し、しばしば金属イオンを配位させて遷移状態を安定化させるために、正確な三次構造に折りたたまれます。自己スプライシングイントロンは、トランスエステル化反応を通じて自身の切除を触媒します。RNase PのRNAサブユニットは、前駆体転移RNAを切断します。小型の自己切断型リボザイムは、自身の骨格を切断します。そして、リボソームのRNAはペプチド結合形成を触媒します。それぞれの場合において、触媒力は折りたたまれたRNA自体にあり、時には関連タンパク質によって補助されます。

Clinical relevance

設計されたリボザイムとリボソームのリボザイムとしての性質は、RNAを標的とした研究ツールや抗生物質の作用に情報を提供します。これは重要性として提示されており、臨床的ガイダンスではありません。

History

チェクによる1982年の自己スプライシングRNAの報告と、アルトマンによるRNase Pの触媒RNAに関する並行研究は、触媒RNAの存在を確立し、1989年のノーベル化学賞によって認められました。後にリボソームがリボザイムであることを示す構造研究は、RNAの触媒としての重要性を確固たるものにしました。

Key figures

• Thomas Cech
• Sidney Altman
• Harry Noller

Seminal works

• kruger1982
• watson2013

Frequently asked questions

リボザイムとは何ですか？

折りたたまれた構造を利用して、RNAの切断や結合などの化学反応を触媒する酵素として機能するRNA分子です。

触媒RNAは生命の起源にとってなぜ重要なのでしょうか？

それは、1種類の分子が情報伝達と反応触媒の両方を行うことができることを示しており、DNAやタンパク質が存在する前の初期のRNAベースの生命がもっともらしいことを示唆しています。