マイクロプロセッサ複合体

マイクロプロセッサ複合体は、動物細胞におけるマイクロRNA（miRNA）およびRNA干渉（RNAi）の処理の初期段階に関与するタンパク質複合体である。 ^{[2] [3]}この複合体は、リボヌクレアーゼ酵素Droshaと二量体 RNA結合タンパク質DGCR8（非ヒト動物ではPashaとしても知られる）から最小限構成されており、細胞核内で一次miRNA基質をpre-miRNAに切断する。^{[4] [5] [6]マイクロプロセッサは、ヒト}Droshaを含む2つの多タンパク質複合体のうち小さい方でもある。^[7]

マイクロプロセッサ複合体は、少なくとも2つのタンパク質、リボヌクレアーゼIII酵素であるDroshaと、二本鎖RNA結合タンパク質であるDGCR8で構成されています。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ^{] （DGCR8}は、哺乳類遺伝学で使用される名前で、「DiGeorge症候群の重要な領域8」の略です。ハエや線虫などのモデル生物の相同タンパク質は、DroshaのパートナーであるPashaと呼ばれています。）最小複合体の化学量論は、ある時点で実験的に決定するのが困難でしたが、 2つのDGCR8タンパク質と1つのDroshaのヘテロ三量体であることが実証されました。 ^{[1] [8] [9] [10]}

最小限の触媒活性マイクロプロセッサ成分に加えて、DEADボックスRNAヘリカーゼや異種核リボ核タンパク質などの他の補因子が複合体中に存在し、 Droshaの活性を媒介する可能性があります。^[4]一部のmiRNAは、特定の補因子が存在する場合にのみマイクロプロセッサによって処理されます。^[11]

細胞核に位置するマイクロプロセッサ複合体は、一次miRNA（プリmiRNA）を前駆miRNA（プレmiRNA）に切断します。^[13]その2つのサブユニットは、プリmiRNAからmiRNAの発生を仲介するために必要かつ十分であると決定されています。^[7]約70ヌクレオチドのこれらの分子には、ステムループまたはヘアピン構造が含まれています。プリmiRNA基質は、非コードRNA遺伝子またはイントロンから派生します。後者の場合、マイクロプロセッサ複合体がスプライソソームと相互作用し、プリmiRNA処理がスプライシングの前に行われるという証拠があります。^{[5] [14]}

プリmiRNAのマイクロプロセッサによる切断は、典型的には共転写的に起こり、特徴的な2～3ヌクレオチドのRNase III一本鎖オーバーハングを残し、これが輸送タンパク質エクスポーチン5の認識要素として機能します。^{[15]プレmiRNAは、} RanGTP依存的に核から細胞質に輸出され、典型的にはエンドリボヌクレアーゼ酵素ダイサーによってさらに処理されます。^{[4] [5] [6]}

ヘミンは、 DGCR8サブユニットの構造変化を誘導することでプリmiRNAの処理を促進し、DGCR8のRNAに対する結合特異性を高めます。^[16] DGCR8はヘアピン構造と一本鎖RNAの接合部を認識し、接合部から約11ヌクレオチド離れたところでDroshaを切断するように方向付け、Droshaの切断と解離後もプリmiRNAと接触したままになります。^[17]

miRNAの大部分はマイクロプロセッサによる処理を受けるが、ミルトロンと呼ばれる少数の例外が報告されている。これらは非常に小さなイントロンで、スプライシング後、pre-miRNAとして機能するのに適切なサイズとステムループ構造を持つ。^{[18] microRNAと外因性}低分子干渉RNAの処理経路はダイサー処理の時点で収束し、下流ではほぼ同じである。広義には、両方の経路がRNAiを構成する。^{[5] [18]マイクロプロセッサは、}リボソーム生合成、特にRループの除去とリボソームタンパク質をコードする遺伝子の転写の活性化にも関与していることがわかっている。 ^[19]

miRNAによる遺伝子制御は多くのゲノムに広がっています。ある推定によれば、ヒトのタンパク質コード遺伝子の60%以上がmiRNAによって制御されている可能性がありますが^[20] 、 miRNAと標的の相互作用に関する実験的証拠の質はしばしば弱いです。^[21]マイクロプロセッサによる処理はmiRNAの存在量の主要な決定要因であるため、マイクロプロセッサ自体が重要な制御ターゲットとなります。

DroshaとDGCR8 はどちらも、安定性、細胞内局在、および活性レベルを調節する翻訳後修飾による制御を受けます。特定の基質に対する活性は、マイクロプロセッサ複合体と相互作用する追加のタンパク質補因子によって制御される可能性があります。プリ miRNA ステムループのループ領域は、制御タンパク質の認識要素でもあり、標的とする特定の miRNA のマイクロプロセッサ処理をアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションする可能性があります。^[11]

マイクロプロセッサ自体は、 DGCR8 mRNAに見られるプリmiRNAのようなヘアピン構造との関連を通じて負のフィードバックによって自動制御されており、これが切断されるとDGCR8の発現が減少する。この場合の構造はエクソンに位置しており、それ自体がmiRNAとして機能する可能性は低い。^[11]

Drosha は下流のリボヌクレアーゼDicerと構造的に著しく類似しており、進化的関係を示唆しているが、Droshaおよび関連酵素は動物にのみ見られるのに対し、 Dicer の近縁種は原生動物を含め広く分布している。^[8]マイクロプロセッサ複合体の両構成要素は、既知のゲノムを持つ大多数の後生動物で保存されている。有櫛動物のMnemiopsis leidyi は、DroshaおよびDGCR8 のホモログ、ならびに認識可能な miRNA の両方を欠いており、 Droshaのゲノム証拠が検出されない唯一の後生動物として知られている。^{[22]植物では、miRNA 生合成経路は多少異なり、Drosha および DGCR8 のどちらにも植物細胞内の}ホモログがなく、miRNA 処理の最初のステップは通常、異なる核リボヌクレアーゼであるDicerのホモログであるDCL1によって実行される。^{[11] [23]}

系統解析に基づくと、外因性基質に基づくRNA干渉の主要構成要素は、ウイルスや転移因子に対する免疫機構として祖先の真核生物に存在していたことが示唆されている。miRNAを介した遺伝子制御のためのこの経路の精緻化は、後になってから進化したと考えられている。^[24]

miRNAが疾患に関与していることから、科学者は、miRNAの機能や発現に影響を与えたり、調節したりする能力を持つマイクロプロセッサのような追加のタンパク質複合体の役割にますます興味を持つようになりました。 ^{[25]マイクロプロセッサ複合体の構成要素であるDGCR8は、} 22番染色体の小さな部分である22q11.2の微小欠失によって影響を受けます。この欠失によりmiRNAの不規則な処理が引き起こされ、ディジョージ症候群につながります。^[26]