マイクロペプチド

マイクロペプチド（マイクロタンパク質とも呼ばれる）は、 100〜150アミノ酸未満の長さのポリペプチドで、短いオープンリーディングフレーム（sORF）によってコードされています。^{[1] [2] [3]この点において、マイクロペプチドは、より大きなポリペプチドの翻訳後}切断によって生成される他の多くの活性な小さなポリペプチドとは異なります。^{[1] [4]}サイズの点では、マイクロペプチドは、原核生物と真核生物でそれぞれ平均330アミノ酸と449アミノ酸の長さを持つ「標準的な」タンパク質よりもかなり短いです。^[5]マイクロペプチドは、ゲノム上の位置に応じて命名されることがあります。たとえば、上流のオープンリーディングフレーム（uORF）の翻訳産物は、uORFエンコードペプチド（uPEP）と呼ばれることがあります。^{[6]マイクロペプチドにはN末端シグナル伝達配列がないため、}細胞質に局在する可能性が高いと考えられます。^{[1]しかし、}膜貫通型マイクロペプチドの存在によって示されるように、一部のマイクロペプチドは他の細胞区画でも発見されています。 ^{[7] [8]}これらは原核生物と真核生物の両方に見られます。^{[1] [9] [10]マイクロペプチドが翻訳されるsORFは、} 5' UTR、小さな遺伝子、またはポリシストロニックmRNAにコードされます。 一部のマイクロペプチドコード遺伝子は、もともと長い非コードRNA （lncRNA）として誤って注釈されていました。^[11]

sORF はサイズが小さいため、当初は見過ごされていました。しかし、さまざまな技術を通じて、多数の生物で数十万の推定マイクロペプチドが特定されています。コーディングの可能性があるこれらのうち、発現と機能が確認されているのはごく一部です。機能的に特徴付けられているものは、一般的に、細胞シグナル伝達、器官形成、細胞生理学で役割を果たしています。マイクロペプチドが発見されるにつれて、その機能も増えていきます。1 つの調節機能はペプトスイッチであり、小分子による直接的または間接的な活性化を介してリボソームを停止させることで、下流のコーディング配列の発現を阻害します。^[11]

潜在的なsORFとその翻訳産物を識別するためのさまざまな実験技術が存在します。これらの技術は、マイクロペプチドを生成する可能性のある sORF を識別する場合にのみ役立ちますが、直接的な機能特性評価には役立ちません。

潜在的な sORF、ひいてはマイクロペプチドを見つける方法の 1 つは、RNA シーケンシング ( RNA-Seq ) です。RNA-Seq は、次世代シーケンシング (NGS) を使用して、特定の時点で特定の細胞、組織、または生物でどの RNA が発現しているかを判断します。このデータのコレクションはトランスクリプトームと呼ばれ、潜在的な sORF を見つけるためのリソースとして使用できます。^[1] 100 aa 未満の sORF が偶然に発生する可能性が高いため、この方法で取得したデータの妥当性を判断するには、さらなる研究が必要です。^[11]

リボソームプロファイリングは、ショウジョウバエ、ゼブラフィッシュ、マウス、ヒトなど、ますます多くの生物において潜在的なマイクロペプチドを特定するために使用されています。^{[11] 1つの方法では、ハリントン、ピューロマイシン、}ラクチミドマイシンなどの化合物を使用して、翻訳開始部位でリボソームを停止します。^[12]これにより、活発な翻訳が行われている場所が示されます。エメチンやシクロヘキシミドなどの翻訳伸長阻害剤も、翻訳されたORFにつながる可能性が高いリボソームフットプリントを取得するために使用できます。^[13]リボソームがsORFまたはその近くに結合している場合、それはマイクロペプチドをコードしていると推定されます。^{[1] [2] [14]}

質量分析法(MS) は、タンパク質の識別と配列決定におけるゴールド スタンダードです。この技術を使用すると、研究者はポリペプチドが実際に sORF から翻訳されたかどうかを判断できます。

プロテオゲノミクスは、プロテオミクス、ゲノミクス、トランスクリプトミクスを組み合わせたものです。これは、潜在的なマイクロペプチドを探すときに重要です。プロテオゲノミクスを使用する方法の 1 つは、RNA-Seq データを使用して、考えられるすべてのポリペプチドのカスタム データベースを作成することです。液体クロマトグラフィーに続いてタンデム MS (LC-MS/MS) を実行して、翻訳産物の配列情報を提供します。トランスクリプトミクス データとプロテオミクス データを比較することで、マイクロペプチドの存在を確認できます。^{[1] [2]}

系統学的保存は、特に sORF の大規模なデータベースをふるいにかけるときに役立つツールです。sORF が機能的なマイクロペプチドを生み出す可能性は、それが多数の種にわたって保存されている場合に高くなります。^{[11] [12]}ただし、これはすべての sORF に当てはまるわけではありません。たとえば、lncRNA によってエンコードされているものは、lncRNA 自体の配列保存性が高くないため、保存される可能性が低くなります。^[2]機能的なマイクロペプチドが実際に生成されるかどうかを判断するには、さらなる実験が必要になります。

目的のマイクロペプチドを標的としたカスタム抗体は、発現の定量化や細胞内局在の決定に役立ちます。ほとんどのタンパク質の場合と同様に、発現が低いと検出が困難になることがあります。マイクロペプチドのサイズが小さいと、抗体を標的とするエピトープの設計が困難になることもあります。^[2]

ゲノム編集は、 FLAG/MYCまたは他の小さなペプチドタグを内因性のsORFに追加して融合タンパク質を作成するために使用できます。ほとんどの場合、この方法はカスタム抗体を開発するよりも迅速に実行できるという点で有益です。また、エピトープをターゲットにできないマイクロペプチドにも役立ちます。^[2]

このプロセスでは、全長マイクロペプチド cDNA を T7 または SP6 プロモーターを含むプラスミドにクローニングします。この方法では、³⁵ S-メチオニンの存在下で無細胞タンパク質合成システムを使用して目的のペプチドを生成します。その後、生成物をゲル電気泳動で分析し、³⁵ S 標識ペプチドをオートラジオグラフィーで視覚化します。^[2]

sORFとマイクロペプチドの両方について作成されたリポジトリとデータベースがいくつかあります。リボソームプロファイリングによって発見された小さなORFのリポジトリは、sORFs.orgにあります。^{[15] [16]} Arabidopsis thalianaの推定sORFエンコードペプチドのリポジトリは、 ARA-PEPsにあります。^{[17] [18]}特に非コードRNAによってエンコードされた小さなタンパク質のデータベースは、SmProtにあります。^{[19] [20]}

現在までに、ほとんどのマイクロペプチドは原核生物で特定されています。そのほとんどはまだ完全には特徴付けられていませんが、研究されているものの多くは、これらの生物の生存に不可欠であると思われます。原核生物はサイズが小さいため、環境の変化に特に影響を受けやすく、そのため生存を確保するための方法を発達させてきました。

大腸菌で発現するマイクロペプチドは、細菌の環境適応の例である。これらのほとんどは、リーダーペプチド、リボソームタンパク質、毒性タンパク質の3つのグループに分類されている。リーダータンパク質は、アミノ酸が不足しているときに、アミノ酸代謝に関与するタンパク質の転写および/または翻訳を制御する。リボソームタンパク質には、50Sリボソームサブユニットの2つの構成要素であるL36（rpmJ）とL34（rpmH ）が含まれる。ldrDなどの毒性タンパク質は、高レベルで毒性があり、細胞を殺したり、成長を阻害したりして、宿主細胞の生存率を低下させる働きをする。^[21]

S. entericaでは、 MgtC毒性因子が低マグネシウム環境への適応に関与している。疎水性ペプチドMgrRはMgtCに結合し、FtsHプロテアーゼによる分解を引き起こす。^[9]

B. subtilisによって発現される46アミノ酸のSdaマイクロペプチドは、複製開始が阻害されると胞子形成を抑制します。ヒスチジンキナーゼKinAを阻害することで、Sdaは胞子形成に必要な転写因子Spo0Aの活性化を防ぎます。^[10]

黄色ブドウ球菌には、宿主感染時に排出され好中球膜を破壊し細胞溶解を引き起こす20～22アミノ酸のマイクロペプチド群が存在する。これらのマイクロペプチドにより、細菌はヒトの免疫システムの主な防御機構による分解を回避できる。^{[22] [23]}

マイクロペプチドは、シロイヌナズナからヒトに至るまでの真核生物で発見されています。マイクロペプチドは、組織や器官の発達、および完全に発達した後の維持と機能において多様な役割を果たします。機能的に特徴付けられているものが多く、おそらくまだ発見されていないものも多数ありますが、以下は最近特定された真核生物のマイクロペプチドの機能の概要です。

POLARIS (PLS)遺伝子は 36 アミノ酸のマイクロペプチドをコードします。これは、適切な維管束葉のパターン形成と根の細胞拡張に必要です。このマイクロペプチドは、発達中の PIN タンパク質と相互作用して、オーキシン、エチレン、サイトカイニン間のホルモンクロストークに重要なネットワークを形成します。^{[24] [25] [26]}

A. thalianaのROTUNDIFOLIA（ROT4）は53アミノ酸のペプチドをコードしており、葉細胞の細胞膜に局在する。ROT4の機能メカニズムは十分に解明されていないが、変異体は短く丸い葉を持つことから、このペプチドが葉の形態形成に重要である可能性が示唆されている。^[27]

Brick1 (Brk1) は 76 aa のマイクロペプチドをコードしており、これは植物と動物の両方で高度に保存されています。Z . mays では、発達中の葉の表皮で複数のアクチン依存性細胞分極イベントを促進することで、葉上皮の形態形成に関与していることがわかりました。^[28] Zm401p10 は 89 aa のマイクロペプチドで、タペタムにおける正常な花粉の発達に役割を果たします。有糸分裂後、タペタムの分解にも不可欠です。^{[29] Zm908p11 は、成熟した花粉粒で発現する}Zm908遺伝子によってコードされる 97 aa の長さのマイクロペプチドです。これは花粉管の細胞質に局在し、そこで花粉管の成長と発達を助けます。^[30]

進化的に保存された精白米（pri ）遺伝子は、ショウジョウバエではtarsal-less（tal） として知られ、表皮分化に関与している。このポリシストロニック転写産物は、長さが11〜32アミノ酸の範囲の4つの類似ペプチドをコードする。これらは、転写因子Shavenbaby （Svb）を切り捨てる働きをする。これにより、Svbは、ミニチュア（m）やシャベノイド（sha）などの標的エフェクターの発現を直接制御する活性化因子に変換され、これらは一緒に毛状突起形成に関与している。^[31]

Elabela遺伝子（Ela）（別名Apela、Toddler）は胚発生に重要である。^[32]これは特に後期胞胚および原腸胚の段階で発現する。原腸形成の間、これは中胚葉細胞の内部化および動物極方向の移動を促進する上で極めて重要である。原腸形成後、Elaは側方中胚葉、内胚葉、ならびに前部および後部脊索で発現する。これはゼブラフィッシュ、マウス、およびヒトでlncRNAとして注釈が付けられていたが、58アミノ酸のORFは脊椎動物種間で高度に保存されていることが判明した。ElaはN末端シグナルペプチドの除去によって処理され、その後細胞外スペースに分泌される。その34アミノ酸の成熟ペプチドは、アペリン受容体として知られるGPCRに対する最初の内因性リガンドとして機能^{[33] [32]}ゼブラフィッシュにおけるElaまたはAplnrの遺伝子不活性化は心臓のない表現型をもたらす。^{[34] [35]}

ミオレギュリン (Mln) は、もともと lncRNA として注釈が付けられた遺伝子によってコードされています。Mln は 3 種類の骨格筋すべてで発現しており、心筋のマイクロペプチドホスホランバン(Pln) や、遅筋 (I 型) のサルコリピン(Sln) と同様に機能します。これらのマイクロペプチドは、筋小胞体(SR)への Ca ^{2+ の}取り込みを制御する膜ポンプである筋小胞体 Ca ²⁺ -ATPase (SERCA) と相互作用します。SR への Ca ^{2+ の}取り込みを阻害することで、筋弛緩を引き起こします。同様に、エンドレギュリン (ELN) およびアナザーレギュリン (ALN) 遺伝子は、SERCA 結合モチーフを含む膜貫通マイクロペプチドをコードし、哺乳類で保存されています。^[7]

ミオミキサー（Mymx）は、長さ84アミノ酸の筋肉特異的ペプチドである遺伝子Gm7325によってコードされており、胚発生中の融合および骨格筋形成に関与している。これは細胞膜に局在し、融合性膜タンパク質であるミオメーカー（Mymk）と結合する。ヒトでは、Mymxをコードする遺伝子は、未特徴付けLOC101929726として注釈されている。相同遺伝子は、カメ、カエル、魚類のゲノムにも見られる。^[8]

ヒトでは、 68 aaのマイクロペプチドであるNoBody（非注釈P-body解離ポリペプチド）が、長い介在非コードRNA（lincRNA）LINC01420で発見されました。これは哺乳類間で配列の保存性が高く、P-bodyに局在します。5 ' mRNAデキャッピングに関連するタンパク質を濃縮します。これは、mRNAデキャッピングエンハンサー4（EDC4）と直接相互作用すると考えられています。^[36]

ELABELA ( ELA) (別名APELA) は、ヒト胚性幹細胞によって32アミノ酸のマイクロペプチドとして分泌される内因性ホルモンです。 ^[32]ヒト胚性幹細胞の自己複製と多能性の 維持に不可欠です。そのシグナルは、未だ特定されていない細胞表面受容体を介してPI3/AKT経路でオートクリン方式。 ^{[37]分化中の中胚葉細胞では、ELAはホルモンペプチド}APLNにも反応できるGPCRであるAPLNRに結合し、これを介してシグナルを伝達します。

哺乳類で保存されているCYREN遺伝子は、選択的スプライシングにより3つのマイクロペプチドを生成すると予測されている。MRI-1は、以前レトロウイルス感染の調節因子であることがわかった。2番目に予測されたマイクロペプチドであるMRI-2は、 DNA二本鎖切断の非相同末端結合（NHEJ）に重要である可能性がある。共免疫沈降実験では、MRI-2は、 NHEJ経路で主要な役割を果たすKuの2つのサブユニットであるKu70とKu80に結合した。 ^[38]

24アミノ酸のマイクロペプチドであるヒューマニン（HN）は、アポトーシス誘導タンパク質であるBcl2関連Xタンパク質（Bax）と相互作用します。活性状態のBaxは構造変化を起こし、膜標的ドメインを露出させます。これにより、Baxは細胞質からミトコンドリア膜に移動し、シトクロムcなどのアポトーシス誘導タンパク質を挿入および放出します。Baxと相互作用することで、HNはBaxのミトコンドリアへの標的化を防ぎ、アポトーシスを阻害します。^[39]

90aaのマイクロペプチド「アミノ酸応答の小さな調節ポリペプチド」またはSPAARは、lncRNA LINC00961にコードされていることが判明しました。これはヒトとマウスの間で保存されており、後期エンドソーム/リソソームに局在します。SPAARはv-ATPase複合体の4つのサブユニットと相互作用し、mTORC1が活性化されるリソソーム表面への移行を阻害します。このマイクロペプチドのダウンレギュレーションにより、アミノ酸刺激によるmTORC1の活性化が可能になり、筋肉の再生が促進されます。^[40]

この記事は、 CC BY 4.0ライセンス (2018) (査読者レポート) に基づき、以下のソースから改変したものです: Maria E. Sousa; Michael H. Farkas (2018 年 12 月 13 日). 「マイクロペプチド」. PLOS Genetics . 14 (12): e1007764. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.1007764 . ISSN  1553-7390. PMC 6292567.  PMID 30543625.  Wikidata Q60017699  .

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