センス（分子生物学）

分子生物学と遺伝学において、核酸分子、特にDNAまたはRNA鎖の「センス」とは、アミノ酸の配列を特定する上での鎖とその相補鎖の役割の性質を指します。^{[要出典]文脈によって、「センス」の意味は若干異なる場合があります。たとえば、DNA のマイナスセンス鎖はテンプレート鎖に相当しますが、プラスセンス鎖は、ヌクレオチド配列が}mRNA転写産物の配列に相当する非テンプレート鎖です。

核酸ポリマー間の塩基対合の相補的性質のため、二本鎖 DNA 分子は、互いに逆相補的な配列を持つ 2 本の鎖で構成されます。分子生物学者が各鎖を個別に特定できるように、2 本の鎖は通常、「センス」鎖と「アンチセンス」鎖として区別されます。個々の DNA 鎖は、そのヌクレオチド配列が、アミノ酸配列に翻訳されるか翻訳可能な RNA転写物の配列に直接対応する場合に、プラスセンス(プラス (+)または単にセンスとも呼ばれます) と呼ばれます (DNA 配列内のチミン塩基が RNA 配列内のウラシル塩基に置き換えられている場合)。二本鎖 DNA 分子のもう一方の鎖は、マイナスセンス(マイナス (-)またはアンチセンスとも呼ばれます)と呼ばれ、プラスセンス鎖と RNA 転写物の両方に逆相補的です。実際にRNA ポリメラーゼがRNA 転写物を構築するテンプレートとして使用されるのはアンチセンス鎖ですが、核酸重合が起こる相補的な塩基対合により、RNA 転写物の配列は、RNA 転写物がチミンの代わりにウラシルを使用することを除けば、プラスセンス鎖と同一になります。

コーディング鎖とテンプレート鎖という語句が、センス鎖とアンチセンス鎖の代わりに使用されることがありますが、二本鎖 DNA 分子の文脈では、これらの用語の使用は基本的に同じです。ただし、コーディング鎖/センス鎖には、タンパク質を作成するために使用されるコードが常に含まれている必要はなく、タンパク質をコードする RNA と非コード RNA の両方が転写される可能性があります。

「センス」と「アンチセンス」という用語は、問題の特定の RNA 転写物にのみ関連しており、DNA 鎖全体に関連するものではありません。言い換えると、どちらの DNA 鎖もセンス鎖またはアンチセンス鎖として機能します。十分に大きなゲノムを持つほとんどの生物は両方の鎖を利用しており、各鎖は同じ DNA 分子の異なる場所にある異なる RNA 転写物のテンプレート鎖として機能します。場合によっては、RNA 転写物は共通のプロモーター領域から両方向 (つまり、どちらの鎖でも) に転写されるか、またはどちらかの鎖のイントロン内から転写されます(以下の「アンビセンス」を参照)。^{[1] [2] [3]}

DNA センス鎖はメッセンジャー RNA (mRNA) 転写産物に似ているため、最終的に翻訳(タンパク質合成) 中にアミノ酸配列を構築し、その後タンパク質を構築するために使用されると予想されるコドン配列を読み取るために使用できます。たとえば、DNA センス鎖内の配列「ATG」は、アミノ酸のメチオニンをコードするmRNA 内の「AUG」コドンに対応します。ただし、DNA センス鎖自体は mRNA のテンプレートとして使用されません。DNA アンチセンス鎖は、DNA センス鎖に相補的な塩基を持つため、タンパク質コードのソースとして機能します。転写によりDNA テンプレート鎖に相補的な RNA 産物が生成されるため、mRNA は DNA アンチセンス鎖に相補的です。

したがって、DNA アンチセンス鎖の 3′-TAC-5′ 塩基トリプレット (DNA センス鎖の 5′-ATG-3′ に相補的) がテンプレートとして使用され、mRNA の 5′-AUG-3′ 塩基トリプレットが生成されます。DNA センス鎖には ATG トリプレットが含まれます。これは mRNA トリプレット AUG に似ていますが、mRNA の生成には直接使用されないため、メチオニンの生成には使用されません。DNA センス鎖が「センス」鎖と呼ばれるのは、タンパク質の生成に使用されるからではなく (使用されません)、RNA コドン シーケンスに直接対応するシーケンスがあるためです。この論理により、RNA 転写産物自体が「センス」と説明されることがあります。

DNA鎖1: アンチセンス鎖（転写される）→ RNA鎖（センス）

DNA鎖2: センス鎖

二本鎖 DNA 分子内の一部の領域は遺伝子をコードしており、遺伝子とは通常、アミノ酸が組み立てられてタンパク質が作られる順序を指定する指示のほか、調節配列、スプライシング部位、非コードイントロン、およびその他の遺伝子産物である。細胞がこの情報を使用するために、 DNA の 1 つの鎖はRNAの相補鎖合成のためのテンプレートとしての役割を果たす。転写された DNA 鎖はアンチセンス配列を持つテンプレート鎖と呼ばれ、それから生成される mRNA 転写物はセンス配列 (アンチセンスの相補) であると言われる。転写された鎖と相補的な転写されていない DNA 鎖もセンス配列を持つと言われており、mRNA 転写物と同じセンス配列を持つ (ただし、DNA の T 塩基は RNA では U 塩基に置き換えられる)。

各鎖に割り当てられる名前は、実際には、タンパク質の情報 (「センス」情報) を含む配列をどの方向に記述するかによって決まり、どの鎖が「上」または「下」として描かれているか (これは任意) によって決まるのではありません。鎖のラベル付けに重要な唯一の生物学的情報は、末端 5' リン酸基と末端 3' ヒドロキシル基 (問題の鎖または配列の末端) の相対的な位置です。これらの末端によって転写と翻訳の方向が決まるからです。5'-CGCTAT-3' と書かれた配列は、5' 末端と 3' 末端が記されている限り、3'-TATCGC-5' と書かれた配列と同等です。末端がラベル付けされていない場合は、慣例的に両方の配列が 5' から 3' の方向に書かれているものと想定されます。 「ワトソン鎖」は5′から3′への上鎖（5′→3′）を指し、「クリック鎖」は5′から3′への下鎖（3′←5′）を指します。^[4]ワトソン鎖とクリック鎖はどちらも、それらから作られる特定の遺伝子産物に応じて、センス鎖またはアンチセンス鎖のいずれかになります。

たとえば、国立生物工学情報センター(NCBI) データベースで使用されている URA3 遺伝子の別名である「YEL021W」という表記は、この遺伝子が酵母 (Y) 染色体番号 V (E) の左腕 (L) のセントロメアから 21 番目のオープン リーディング フレーム(ORF) にあり、発現コーディング ストランドがワトソン ストランド (W) であることを示します。「YKL074C」は、XI 染色体のセントロメアの左側の 74 番目の ORF にあり、コーディング ストランドがクリック ストランド (C) であることを示します。「プラス」および「マイナス」ストランドを指す別の紛らわしい用語も広く使用されています。ストランドがセンス (正) であるかアンチセンス (負) であるかに関係なく、NCBI BLAST アラインメントのデフォルトのクエリ シーケンスは「プラス」ストランドです。

プラスセンスとマイナスセンスの両方の能力で使用される一本鎖ゲノムは、アンビセンスであると言われています。一部のウイルスはアンビセンスゲノムを持っています。ブニヤウイルスは3つの一本鎖RNA（ssRNA）断片を持ち、そのうちのいくつかはプラスセンスとマイナスセンスの両方のセクションを含んでいます。アレナウイルスもアンビセンスゲノムを持つssRNAウイルスであり、ゲノムの大小セグメントの5'末端の一部を除いて主にマイナスセンスである3つの断片を持っています。

内因性のmRNA 転写産物に相補的な RNA 配列は、「アンチセンス RNA」と呼ばれることもあります。言い換えれば、これは RNA のコード配列に相補的な非コード鎖であり、マイナスセンスウイルス RNA に似ています。mRNA が相補的なアンチセンス RNA 配列と二重鎖を形成すると、翻訳がブロックされます。このプロセスはRNA 干渉に関連しています。細胞は、相補的な mRNA 分子と相互作用してその発現を阻害する、マイクロ RNAと呼ばれるアンチセンス RNA 分子を自然に生成することができます。この概念は、アンチセンス RNA をコードするトランスジーンを人工的に導入して、対象の遺伝子の発現をブロックするという分子生物学の手法としても活用されています。放射性または蛍光標識されたアンチセンス RNA は、さまざまな細胞タイプにおける遺伝子の転写レベルを示すために使用できます。

いくつかの代替アンチセンス構造型は、アンチセンス療法として実験的に応用されている。米国では、食品医薬品局（FDA）がホスホロチオエートアンチセンスオリゴヌクレオチドのフォミビルセン（Vitravene）^[5]とミポメルセン（Kynamro）^[6]をヒトの治療薬として承認している。

ウイルス学では、「センス」という用語は少し異なる意味を持っています。RNAウイルスのゲノムは、プラス センス(「プラス鎖」とも呼ばれます) またはマイナス センス (「マイナス鎖」とも呼ばれます) のいずれかであると言えます。ほとんどの場合、「センス」と「鎖」という用語は互換的に使用され、「プラス鎖」は「プラス センス」と同等であり、「プラス鎖」は「プラス センス」と同等です。ウイルス ゲノムがプラス センスであるかマイナス センスであるかは、ウイルスを分類するための基準として使用できます。

プラスセンス（5'から3'）ウイルスRNAは、特定のウイルスRNA配列がウイルスタンパク質（例えば、ウイルス複製に必要なもの）に直接翻訳される可能性があることを意味します。したがって、プラスセンスRNAウイルスでは、ウイルスRNAゲノムはウイルスmRNAと見なすことができ、宿主細胞によって直ちに翻訳されます。マイナスセンスRNAとは異なり、プラスセンスRNAはmRNAと同じセンスです。一部のウイルス（コロナウイルス科など）は、mRNAとして機能し、相補的なRNA中間体の助けを借りずにタンパク質を直接合成するために使用できるプラスセンスゲノムを持っています。このため、これらのウイルスは、ビリオンにパッケージ化されたRNAポリメラーゼを持っている必要はなく、RNAポリメラーゼは、ウイルスのゲノムが複製されるために必要なので、宿主細胞によって生成される最初のタンパク質の1つになります。

マイナスセンス（3' から 5'）ウイルス RNA はウイルス mRNA と相補的であるため、翻訳前にRNA 依存性 RNA ポリメラーゼによってプラスセンス RNA が生成される必要があります。DNA と同様に、マイナスセンス RNA はそれがコードする mRNA と相補的なヌクレオチド配列を持ちます。また、DNA と同様に、この RNA はタンパク質に直接翻訳できません。代わりに、まず mRNA として機能するプラスセンス RNA に転写される必要があります。一部のウイルス（インフルエンザウイルスなど）はマイナスセンス ゲノムを持っているため、ウイルス粒子内に RNA ポリメラーゼを持たなければなりません。

遺伝子サイレンシングは、RNA標的に相補的な短い「アンチセンスオリゴヌクレオチド」を細胞に導入することによって達成できる。この実験は1978年にザメクニックとスティーブンソンによって初めて行われ^{[7] 、実験室実験と臨床応用（}アンチセンス療法）の両方で有用なアプローチであり続けている。^[8]インフルエンザウイルス^{[9] [10] [11] [12]}呼吸器合胞体ウイルス（RSV）^[9]やSARSコロナウイルス（SARS-CoV）^[9]などのいくつかのウイルスは、宿主細胞内での複製を阻害するためにアンチセンスオリゴヌクレオチドを使用して標的にされてきた。

アンチセンスオリゴヌクレオチドに DNA 鎖または DNA 模倣体 (ホスホロチオエート DNA、2′F-ANA など) が含まれている場合、RNase H をリクルートしてターゲット RNA を分解できます。これにより、遺伝子サイレンシングのメカニズムが触媒的になります。二本鎖 RNA は、センス鎖とアンチセンス鎖のペアリングによるターゲット mRNA の認識と、それに続くRNA 誘導サイレンシング複合体(RISC)によるターゲット mRNA の分解を伴うRNAi / siRNA経路を介して、触媒的な酵素依存性アンチセンス剤としても機能します。R1プラスミドhok/sok システムは、結果として生じる RNA 二重鎖の酵素分解による酵素依存性アンチセンス制御プロセスのさらに別の例を提供します。

その他のアンチセンス機構は酵素に依存しませんが、標的 RNA の立体的ブロッキングを伴います (例: 翻訳を阻止するため、または選択的スプライシングを誘導するため)。立体的ブロッキング アンチセンス機構では、多くの場合、大幅に修飾されたオリゴヌクレオチドが使用されます。RNase H 認識は必要ないため、これには 2'-O-アルキル、ペプチド核酸(PNA)、ロック核酸(LNA)、およびモルフォリノオリゴマーなどの化学物質が含まれます。

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