プソイドウリジン

プソイドウリジン

名前
IUPAC名 5-(β- D -リボフラノシル)ピリミジン-2,4(1 H ,3 H )-ジオン
体系的なIUPAC名 5-[(2 S ,3 R ,4 S ,5 R )-3,4-ジヒドロキシ-5-(ヒドロキシメチル)オキソラン-2-イル]ピリミジン-2,4(1 H ,3 H )-ジオン
その他の名前 psi-ウリジン、5-リボシルウラシル、β-D-シュードウリジン、5-(β-D-リボフラノシル)ウラシル
識別子
CAS番号	1445-07-4 はい
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
バイルシュタイン参考文献	32779
チェビ	チェビ:17802 はい
チェムBL	チェルノブイリ原子力発電所
ケムスパイダー	14319 はい
ケッグ	C02067
パブケム CID	15047
ユニ	7R0R6H6KEG はい
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ２０８９４７４６
InChI InChI=1S/C9H12N2O6/c12-2-4-5(13)6(14)7(17-4)3-1-10-9(16)11-8(3)15/h1,4-7、 12-14H,2H2,(H2,10,11,15,16)/t4-,5-,6-,7+/m1/s1 はい キー: PTJWIQPHWPFNBW-GBNDHIKLSA-N はい InChI=1/C9H12N2O6/c12-2-4-5(13)6(14)7(17-4)3-1-10-9(16)11-8(3)15/h1,4-7、 12-14H,2H2,(H2,10,11,15,16)/t4-,5-,6-,7+/m1/s1 キー: PTJWIQPHWPFNBW-GBNDHIKLBY InChI=1S/C9H12N2O6/c12-2-4-5(13)6(14)7(17-4)3-1-10-9(16)11-8(3)15/h1,4-7、 12-14H,2H2,(H2,10,11,15,16)/t4-,5-,6-,7+/m1/s1 キー: PTJWIQPHWPFNBW-GBNDHIKLSA-N
笑顔 O=C1N\C=C(/C(=O)N1)[C@@H]2O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]2O
プロパティ
化学式	Ｃ９Ｈ１２Ｎ２Ｏ６
モル質量	244.20 グラム/モル
外観	白色の粒状粉末
水への溶解度	水に非常に溶けやすい。
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

擬似ウリジン（5-リボシルウラシル、ギリシャ文字のpsi- Ψと略記）^[1]は、ウラシルが窒素-炭素グリコシド結合ではなく炭素-炭素結合を介して結合したヌクレオシドウリジンの異性体である。

擬似ウリジンは細胞RNAの中で最も豊富なRNA修飾であり^[2]、RNAの翻訳やその他の機能に影響を与える可能性がある100を超える化学的に異なる修飾の1つです。擬似ウリジンはウリジンのC5グリコシド異性体であり、ウリジンに見られる通常のC1-N1結合ではなく、リボース糖のC1とウラシルのC5の間にCC結合を含みます。ウリジンは、ウリジン分子をN3-C6軸に対して180°回転させることによって擬似ウリジンに変換されます。 ^[3] CC結合により、回転の自由度と立体配座の柔軟性が向上します。^[4]さらに、擬似ウリジンはN1位置に追加の水素結合供与体を持っています。

シュードウリジンは構造RNA（転移RNA 、リボソームRNA、小核RNA（snRNA）、小核小体RNA ）の遍在する構成要素であり、生命の3つの系統発生ドメインにわたるmRNAに存在し、最初に発見されたものである。酵母 tRNAのヌクレオチドの4％を占める。^[5]この塩基修飾は、余分なイミノ基を介して水と追加の水素結合を形成することにより、RNAを安定化し、塩基スタッキングを改善することができる。^[6]大腸菌rRNAには11個のシュードウリジン、酵母細胞質rRNAには30個のシュードウリジン、ミトコンドリア21S rRNAには1個の修飾があり、ヒトrRNAには約100個のシュードウリジンがあり、生物の複雑さとともにシュードウリジン化の程度が増加することを示す。^{[7]シュードウリジンは}リーシュマニア・ドノバニのゲノムでも検出されている。ペプチジルトランスフェラーゼ進入部位とタンパク質翻訳におけるmRNA進入トンネルに18個の擬似ウリジン修飾部位が検出されました。寄生虫におけるこれらの修飾は、タンパク質合成と増殖速度の増加につながります。^[8]

rRNAとtRNAの擬似ウリジンは、局所構造を微調整して安定化させ、mRNAのデコード、リボソームの組み立て、処理、翻訳における機能の維持に役立つことが示されています。^{[4] [ 9] [10]} snRNAの擬似ウリジンは、スプライソソームRNAとプレmRNAの相互作用を強化してスプライシングの調節を促進することが示されています。 ^[11]

ΨはこのクラスのRNAに遍在し、一般的なtRNA 構造モチーフを形成します。そのような構造モチーフの1つは、Ψ55を組み込んだTΨCステムループです。Ψは、各ドメインのtRNAのDステムとアンチコドンステムおよびループによく見られます。各構造モチーフでは、Ψのユニークな物理化学的特性により、標準的なUでは不可能な構造が安定化されます。^[4]

翻訳中、Ψ は tRNA 分子とrRNAおよびmRNAとの相互作用を調節します。Ψ および他の修飾ヌクレオチドは、RNA 全体のフォールドに影響を与えることなく、それらが存在する tRNA ドメインの局所構造に影響を及ぼします。アンチコドン ステム ループ(ASL) では、Ψ は tRNA がリボソームに適切に結合するために重要であると思われます。Ψ は ASL の動的構造を安定化し、30S リボソームへのより強い結合を促進します。ASL の安定した構造は、翻訳中に正しいアンチコドン-コドンのペアリングを維持するのに役立ちます。この安定性は、ペプチド結合の形成速度を低下させ、誤ったコドン - アンチコドンのペアが排除される時間を増やすことで、翻訳の精度を向上させる可能性があります。Ψ は局所構造の安定化に役割を果たしますが、tRNA の擬似ウリジン化は細胞生存に必須ではなく、通常、アミノアシル化には必要ありません。^[4]

Ψはタンパク質合成の鋳型となるmRNAにも見られる。mRNA中のΨ残基は終止コドンUAA、UGA、UAGのコーディング特異性に影響を与える可能性がある。これらの終止コドンでは、U→Ψ修飾とU→C変異の両方がナンセンス抑制を促進する。 ^[12] BioNTech/PfizerのSARS-CoV2ワクチン（BNT162b2 、トジナメラン、またはコミナティとしても知られる）では、すべてのUがN1-メチルシュードウリジン^[13]に置換されている。これはΨに関連するヌクレオシドで、N1原子にメチル基が付加されている。

Ψは、生命のあらゆるドメインとその細胞小器官の大小リボソームサブユニットに存在します。リボソームでは、Ψ残基はドメインII、IV、Vに集まり、RNA-RNAおよび/またはRNA-タンパク質相互作用を安定化します。Ψによってもたらされる安定性は、rRNAの折り畳みとリボソームの組み立てを助ける可能性があります。Ψは、翻訳中のデコードと校正の速度と精度に影響を与える局所構造の安定性にも影響を与える可能性があります。^[4]

Ψは真核生物の主要なスプライソソーム snRNAに見られる。snRNAのΨ残基は系統学的に保存されていることが多いが、分類群や生物によって多少の違いがある。snRNAのΨ残基は通常、スプライソソームの組み立てと機能に関与するRNA-RNAおよび/またはRNA-タンパク質相互作用に関与する領域に位置する。snRNAのΨ残基は、プレmRNA処理に不可欠なスプライソソームの適切な折り畳みと組み立てに寄与する。^[4]

シュードウリジンは転写後、つまりRNAが形成された後に行われるRNA修飾である^[要出典]。この修飾を行うタンパク質はシュードウリジン合成酵素（PUS）と呼ばれ、すべての生物界に見られる。ほとんどの研究はPUSがtRNAを修飾する方法について行われており、snRNAとmRNAに関連するメカニズムは明確に定義されていない。PUSはRNAの特異性、構造、異性化メカニズムによって異なる可能性がある。PUSの異なる構造は、活性配列と重要な構造モチーフを共有する5つのファミリーに分けられる。^[1]

TruAドメインはtRNA、snRNA、mRNAのさまざまな場所を修飾します。ウリジンの異性化のメカニズムは、このファミリーではまだ議論されています。^{[10] [14]}

PUS 1は核内に存在し、U2 snRNAのU44とU6 snRNAのU28など、異なる場所でtRNAを修飾する。研究により、PUS 1の発現は環境ストレス時に増加し、RNAのスプライシングの制御に重要であることがわかった。また、PUS 1は核内で生成されたtRNAを細胞質に送るのに必要であることもわかった。^[10]

PUS 2 はPUS 1 と非常によく似ていますが、ミトコンドリアに存在し、ミト tRNA の U27 と U28 のみを修飾します。このタンパク質はミトコンドリア tRNA を修飾しますが、他の tRNA と比較して擬似ウリジン修飾の量は少なくなっています。ほとんどのミトコンドリアに存在するタンパク質とは異なり、PUS 2 にはミトコンドリア標的シグナルまたは MTS がないことがわかっています。^[10]

PUS 3 はPUS 1 の相同体ですが、細胞質とミトコンドリアの tRNA (U38/39) の異なる場所を変更します。このタンパク質は TruA ファミリーの中で最も保存されています。PUS 3 による変更は、tRNA 構造が不適切に折り畳まれたときに減少することが確認されました。tRNA とともに、このタンパク質は ncRNA と mRNA を標的としますが、この変更の重要性についてはさらなる研究が必要です。PUS 3 は PUS 1 とともに、ヒトのステロイド活性化因子受容体を変更します。^[10]

TruB ファミリーには、ミトコンドリアと核に位置する PUS 4 のみが含まれています。PUS 4 の修飾は、tRNA の肘の U55 に位置し、高度に保存されています。PUS 4 のヒト型には、PUA または擬似ウリジン合成酵素とアーキオシントランスグリコシラーゼと呼ばれる結合ドメインが実際に欠けています。PUS 4 は、tRNA の T ループ部分に対して配列特異性を持っています。PUS4 が mRNA を修飾するという予備データがありますが、確認するにはさらに研究が必要です。また、植物感染 RNA ウイルスである特定のブロムモザイクウイルスにも結合します。^{[10] [15]}

TruD はさまざまな RNA を修飾することができますが、これらの異なる RNA 基質がどのように認識されるかは不明です。PUS 7 は位置 35 で U2 snRNA を修飾し、この修飾は細胞が熱ショック状態にあるときに増加します。別の修飾は位置 13 の細胞質 tRNA と位置 35 の pre-tRNA ^Tyrです。PUS 7 は、mRNA が PUS 7 によって擬似ウリジル化されていることを示すため、RNA の種類に関係なくほとんどの特異性を修飾します。RNA の配列 UGUAR を認識し、2 番目の U が修飾されるヌクレオチドです。PUS 7 による mRNA の擬似ウリジル化は、タンパク質が核から細胞質に移動するため、熱ショック中に増加します。この修飾は、RNA が核またはミトコンドリアに行く前に、熱ショック中に mRNA の安定性を高めると考えられていますが、さらなる研究が必要です。^{[10] [14]}

これらのタンパク質のRluAドメインは、基質に結合した異なるタンパク質を介して基質を識別し、その後RluAドメインに特定の結合をすることができる。^{[1] [14]}

PUS 5は十分に研究されておらず、擬似ウリジン合成酵素であり、Pus 2 と同様にミトコンドリアシグナル標的配列を持っていません。このタンパク質はミトコンドリア 21S rRNA の U2819 を変更します。また、Pus 5 が mRNA 内のいくつかのウリジンを変更すると疑われていますが、確認するにはさらにデータが必要です。

PUS 6には細胞質およびミトコンドリアtRNAのU31のみを修飾するものがあります。PUS 6はmRNAを修飾することも知られています。^[10]

PUS 8 はRib2 としても知られ、U32 の位置で細胞質 tRNA を修飾します。C 末端には、リボフラビンの生合成に関連する DRAP デアミナーゼ ドメインがあります。リボフラビン合成酵素に関連する RluA と DRAP またはデアミナーゼ ドメインは、タンパク質内で完全に別の機能を持ち、相互に作用するかどうかはわかっていません。PUS 8 は酵母に必要ですが、これはリボフラビン合成に関連していると考えられており、シュードウリジン修飾には関連していません。^[10]

PUS 9とPUS 8は細胞質ではなくミトコンドリアtRNAの同じ位置を触媒します。これはN末端にミトコンドリア標的シグナルドメインを含む唯一のPUSタンパク質です。研究によると、PUS 9はmRNAを修飾することができ、基質特異性が低くなることが示唆されています。^[10]

擬似ウリジンは、さまざまな技術で識別できます。RNA と DNA の修飾を識別する一般的な技術は、質量分析法を備えた液体クロマトグラフィー、つまりLC-MSです。質量分析法は、分子を質量と電荷で分離します。ウリジンと擬似ウリジンは同じ質量ですが、電荷が異なります。液体クロマトグラフィーは、カラムから出るまでの保持時間によって機能します。^[16]擬似ウリジンを識別する化学的方法は、CMC または N-シクロヘキシル-N′-β-(4-メチルモルホリニウム) エチルカルボジイミドと呼ばれる化合物を使用して、ウリジンを擬似ウリジンから特異的に標識して区別します。^[17] CMC は擬似ウリジンとウリジンの両方に結合しますが、3 番目の窒素が水素結合を形成できるため、前者とより強く結合します。擬似ウリジンに結合した CMC は、シグナル分子にタグを付けることで画像化できます。この方法は、ハイスループットになるようにまだ研究中です。^[18]

改良された技術である2-ブロモアクリルアミド支援環化シークエンシングは、ΨからCへの遷移を可能にし、一塩基分解能でのΨの定量的プロファイリングを可能にする。^[19]

シュードウリジンは、近くの糖リン酸骨格に微妙だが重要な影響を及ぼし、塩基スタッキングも強化する。これらの効果は、RNA中のシュードウリジン残基のほとんど（おそらくすべてではない）の生物学的役割の根底にある可能性がある。tRNAまたはrRNAの特定のシュードウリジン残基を欠く特定の遺伝子変異体は、翻訳が困難で、成長速度が遅く、混合培養で野生型株と効果的に競合することができない。シュードウリジン修飾は、ミトコンドリアミオパチーおよび鉄芽球性貧血（MLASA）や先天性角化異常症などのヒト疾患にも関係している。^[10] 先天性角化異常症とホイエラール・フリーダーソン症候群は、シュードウリジン合成酵素ジスケリンをコードする遺伝子であるDKC1の変異によって引き起こされる2つのまれな遺伝性症候群である。シュードウリジンは、ヒト免疫不全ウイルス（ HIV）感染におけるウイルス潜伏過程の調節因子として認識されている。 ^[20]擬似ウリジル化は、母性遺伝性糖尿病および難聴（MIDD）の発症とも関連している。特に、ミトコンドリアtRNAの点変異は、1ヌクレオチドの擬似ウリジル化を妨げ、tRNAの三次構造を変化させると思われる。これによりtRNAの不安定性が高まり、ミトコンドリアの翻訳および呼吸に欠陥が生じる可能性がある。^[20]

合成mRNAでウリジンの代わりにシュードウリジンを使用すると、改変されたmRNA分子は、mRNAを歓迎されないものとして識別するヒト免疫システムの一部であるToll様受容体からの反応を少なくします。これにより、シュードウリジンはmRNA COVID-19ワクチンを含むmRNAワクチンに有用です。シュードウリジンのこの特性は、2005年にカタリン・カリコとドリュー・ワイスマンによって発見され、2人は2023年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞しました。^{[21] [22]}

N1-メチルシュードウリジンは、 Ψよりもさらに自然免疫反応が少なく、翻訳能力も向上します。 [23] そのため、ファイザー-ビオンテックとモデルナのmRNAワクチンはどちらもΨではなくN1-メチルシュードウリジンを使用しています。 [ ^{23 ]}

• シュードウリジンキナーゼ
• TRNA-シュードウリジン合成酵素
• プウス1