RNAプロセシングとスプライシング

未加工の一次転写産物がどのようにキャップされ、スプライシングされ、テールを付加されて成熟メッセンジャーRNAになるのか、そして選択的スプライシングがどのようにゲノムのタンパク質産生を拡大するのか。

Definition

RNAプロセシングとは、一次転写産物を成熟させる一連の修飾であり、主に5'キャップ付加、スプライシングによるイントロン除去、および3'末端の切断とポリアデニル化を指します。スプライシングとは、スプライソソームによって行われる、イントロンの正確な切除とエキソンの連結のことです。

Scope

このトピックでは、真核生物の一次転写産物を機能的なmRNAに変換する共転写および転写後修飾について扱います。具体的には、5'キャップ付加、スプライソソームによるイントロンの除去とエキソンの結合、および3'末端の切断とポリアデニル化です。また、タンパク質多様性の源としての選択的スプライシングについても扱います。非コードRNAのプロセシングについては言及しますが、詳細についてはRNA生物学の分野でさらに展開します。

Core questions

• なぜ真核生物の遺伝子はイントロンによって中断されているのか、そしてこれらはどのように除去されるのか？
• mRNAの末端を保護し、その特徴を決定する修飾とは何か？
• スプライソソームはどのようにしてエキソンとイントロンの境界を正確に認識するのか？
• 選択的スプライシングはどのようにして1つの遺伝子から複数のタンパク質をコードすることを可能にするのか？

Key theories

スプリット遺伝子構造

真核生物のタンパク質をコードする配列は、イントロンによって中断されており、イントロンは転写されるものの成熟mRNAからは除去されます。この発見は、遺伝子とその最終的な転写産物が共線的ではないことを確立しました。

多様性生成器としての選択的スプライシング

同じ一次転写産物から異なるエキソンの組み合わせを連結することにより、選択的スプライシングは単一の遺伝子から複数の異なるタンパク質を特定することを可能にし、プロテオームの複雑性を大幅に拡大します。

Mechanisms

転写が進行するにつれて、新生転写産物は修飾された5'キャップを受け取ります。これは転写産物を保護し、後の段階を助けます。イントロンはスプライソソームによって除去されます。スプライソソームは、スプライス部位配列を認識し、イントロンの両端を近づけ、2つのエステル交換反応を触媒してイントロンをラリアットとして切除し、隣接するエキソンを結合させる、低分子核リボ核タンパク質（snRNP）の複合体です。3'末端は、ポリアデニル化シグナルでの切断と、それに続くポリ(A)テールの付加によって生成されます。選択的スプライス部位の調節された使用により、1つの転写産物から異なる成熟mRNAが生成されます。

Clinical relevance

スプライス部位やスプライシング因子を阻害する変異は、数多くの遺伝性疾患を引き起こし、その一部に対してスプライシングを標的とした治療法が開発されています。これは臨床的ガイダンスとしてではなく、その重要性として提示されています。

History

1977年のSharpとRobertsのグループによるスプリット遺伝子の発見は、遺伝子とmRNAが共線的であるという仮定を覆し、スプライシングの研究を開始させました。その後、スプライソソームと選択的スプライシングが特徴づけられ、この業績は1993年のノーベル生理学・医学賞によって認められました。

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts

Seminal works

• berget1977
• lodish2016

Frequently asked questions

イントロンとエキソンの違いは何ですか？

イントロンはスプライシング中に一次転写産物から除去される介在配列であり、エキソンは成熟mRNAに残され結合されるセグメントです。

5'キャップが重要なのはなぜですか？

それはmRNAを分解から保護し、メッセージを輸出し、後に翻訳する機構によって認識されます。