5プライムキャップ

分子生物学では、5'キャップ（5'キャップ）は、前駆体メッセンジャーRNAなどの一部の一次転写産物の5'末端にある特別に変更されたヌクレオチドです。mRNAキャッピングとして知られるこのプロセスは、タンパク質合成中に翻訳できる安定した成熟したメッセンジャーRNAの生成に非常に制御されており、不可欠です。ミトコンドリアmRNA ^[1]と葉緑体mRNA ^[2]はキャップされていません。

真核生物では、mRNA分子の5'末端にある5'キャップ（キャップ​​0）は、通常とは異なる5'から5'への三リン酸結合を介してmRNAに結合したグアニンヌクレオチドで構成されています。このグアノシンは、生体内でキャップされた後、メチルトランスフェラーゼによって7位で直接メチル化されます。^{[3] [4] [5] [6]これは}7-メチルグアニル酸キャップと呼ばれ、m ⁷ G と略されます。

多細胞真核生物や一部のウイルスでは、^[7] mRNAの5'末端の最初の2つのリボース糖の2'ヒドロキシ基のメチル化など、さらなる修飾が存在する。キャップ1は最初のリボース糖にメチル化された2'-ヒドロキシ基を持ち、キャップ2は最初の2つのリボース糖にメチル化された2'-ヒドロキシ基を持つ（右図参照）。5'キャップは、 RNA分子の3'末端と化学的に類似している（キャップ​​リボースの5'炭素は結合しており、3'は結合していない）。これにより、5'エキソヌクレアーゼに対する耐性が大幅に向上する。^[要出典]

小さな核RNAには独特の5'キャップが含まれています。SmクラスのsnRNAは5'-トリメチルグアノシンキャップを持ち、LsmクラスのsnRNAは5'-モノメチルリン酸キャップを持ちます。^[8]

細菌では、そしておそらくは高等生物でも、一部のRNAはNAD ⁺、NADH、または3'-脱リン酸化補酵素Aでキャップされています。^{[9] [10]}

すべての生物において、mRNA 分子はメッセンジャー RNA デキャッピングと呼ばれるプロセスでデキャッピングされます。

7-メチルグアニル酸によるキャッピングの開始点は、RNA分子の未改変の5'末端であり、三リン酸基で終結する。これは、最後のヌクレオチドに続いて5'炭素に結合した3つのリン酸基を特徴とする。^[3]キャッピングプロセスは、転写が完了する前に、新生pre-mRNAが合成されるときに開始される。

1. 末端リン酸基の1つがRNAトリホスファターゼによって除去され、ビスリン酸基（すなわち5′(ppN)[pN] _n）が残る。
2. GTPはmRNAグアニリルトランスフェラーゼによって末端の二リン酸に付加され、その過程でGTP基質からピロリン酸が失われます。その結果、5′-5′三リン酸結合が形成され、5′(Gp)(ppN)[pN] _{n が}生成されます。
3. グアニンの7位窒素はmRNA（グアニン-N7-）メチルトランスフェラーゼによってメチル化され、S-アデノシル-L-メチオニンが脱メチル化されてS-アデノシル-L-ホモシステインが生成され、5′（m7Gp）（ppN）[pN] _n（キャップ​​0）となる。
4. キャップ隣接修飾は、通常、第1ヌクレオチドと第2ヌクレオチドに起こり、最大5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN] _n (キャップ1とキャップ2)を生成する。^[7]
5. 最も近いキャップ隣接ヌクレオチドが2′- O-リボースメチルアデノシン（すなわち5′(m7Gp)(ppAm)[pN] _n）である場合、N6メチル位置でさらにメチル化されてN6-メチルアデノシンが形成され、⁵ ′ (m7Gp)(ppm6Am)[pN] _nとなる。^[3]

^{NAD +} 、NADH、または3'-脱リン酸化コエンザイムAによるキャッピングのメカニズムは異なります。NAD ⁺、NADH、または3'-脱リン酸化コエンザイムAによるキャッピングは、「アブイニシオキャッピングメカニズム」によって実現され、NAD ^{+ 、NADH、または3'-脱リン酸化コエンザイムAは、} RNAポリメラーゼによる転写開始のための「非標準開始ヌクレオチド」（NCIN）として機能し、RNA産物に直接組み込まれます。^{[9]細菌RNAポリメラーゼと真核生物}RNAポリメラーゼIIはどちらも、この「アブイニシオキャッピングメカニズム」を実行できます。^[9]

7-メチルグアニル酸によるキャッピングでは、転写が始まる前にキャッピング酵素複合体（CEC）がRNAポリメラーゼIIに結合します。新しい転写産物の5′末端がRNAポリメラーゼIIから出てくるとすぐに、CECがキャッピングプロセスを実行します（この種のメカニズムは、ポリアデニル化と同様にキャッピングを保証します）。^{[11] [12] [13] [14]}キャッピング酵素はRNAポリメラーゼIIにのみ結合できるため、ほぼ完全にmRNAであるこれらの転写産物のみに特異性があります。^{[12] [14]}

^{NAD +} 、NADH、または3'-デホスホ-コエンザイムAによるキャッピングは、プロモーター配列によって標的とされます。^[9] NAD +、NADH、または3'-デホスホ-コエンザイムAによるキャッピングは、転写開始部位およびそのすぐ上流に特定の配列を持つプロモーターでのみ発生し、したがって特定のプロモーターから合成されたRNAに対してのみ発生します。^[9]

5フィートキャップには主に4つの機能があります。

1. 核輸出の規制^{[15] [16]}
2. エキソヌクレアーゼによる分解の防止; ^{[9] [17] [18] [19]}
3. 翻訳の促進（リボソームと翻訳を参照）^{[3] [4] [5]}
4. 5′近位イントロン切除の促進。^[20]

RNAの核外輸送は、7-メチルグアニル酸でキャップされたRNAにのみ結合するキャップ結合複合体（CBC）によって制御される。CBCは核膜孔複合体によって認識され、輸送される。パイオニアラウンドの翻訳後に細胞質に入ると、CBCはeIF4F複合体の翻訳因子eIF4EとeIF4Gに置き換えられる。^[6]この複合体はその後、リボソームを含む他の翻訳開始機構によって認識される。^[21]

7-メチルグアニル酸によるキャッピングは、2 つの方法で 5' 分解を防止します。まず、機能的に 3' 末端のように見えることで、5' エキソヌクレアーゼによる mRNA の分解が防止されます (前述のとおり)。次に、CBC と eIF4E/eIF4G が、キャップ解除酵素のキャップへのアクセスをブロックします。これにより、mRNA の半減期が長くなります。これは、輸出と翻訳のプロセスにかなりの時間がかかることから、真核生物にとって不可欠です。

7-メチルグアニル酸キャップされたmRNAの脱キャップは、少なくともDcp1とDcp2からなる脱キャップ複合体によって触媒され、キャップに結合するためにはeIF4Eと競合する必要がある。したがって、7-メチルグアニル酸キャップは、活発に翻訳されているmRNAのマーカーであり、細胞が新しい刺激に反応してmRNAの半減期を調節するために使用される。望ましくないmRNAは、一時的な保管または脱キャップのためにPボディに送られるが、その詳細はまだ解明されていない。^[22]

5' 近位イントロン切除促進のメカニズムは十分に解明されていませんが、7-メチルグアニル酸キャップはループしてスプライソソームと相互作用し、スプライシングプロセスでイントロン切除を促進するようです。

• メッセンジャーRNAの脱キャップ
• 真核生物開始因子 4F (eIF4F)
• キャップ分析遺伝子発現

• 「RNA キャップ」。PubMed医学主題見出し (MeSH)。国立衛生研究所。