転写後修飾

転写修飾または共転写修飾は、ほとんどの真核細胞に共通する一連の生物学的プロセスであり、遺伝子からの転写後にRNA 一次転写産物が化学的に変化して成熟した機能的なRNA分子が生成され、それが核から出て細胞内でさまざまな機能を果たすようになります。^[1]多様な分子メカニズムによって達成される転写後修飾には多くの種類があります。

一例として、前駆体メッセンジャーRNA転写産物を成熟メッセンジャーRNAに変換し、その後タンパク質に翻訳できるようにするプロセスが挙げられます。このプロセスには、RNA分子の化学構造を大幅に変更する3つの主要なステップ、5'キャップの追加、3'ポリアデニル化テールの追加、およびRNAスプライシングが含まれます。このような処理は、真核生物ゲノムの正しい翻訳に不可欠です。転写によって生成された最初の前駆体mRNAには、エクソン（コード配列）とイントロン（非コード配列）の両方が含まれることが多いためです。スプライシングによりイントロンが除去され、エクソンが直接リンクされます。一方、キャップとテールはmRNAのリボソームへの輸送を容易にし、分子分解から保護します。^[2]

転写後修飾は、他の転写産物の処理中にも発生する可能性があり、最終的には転移 RNA、リボソーム RNA、または細胞によって使用される他のタイプの RNA になります。

mRNA処理

5'処理

キャッピング

プレmRNAのキャッピングには、5'末端への7-メチルグアノシン（m ^{7 G）の付加が含まれる。これを達成するには、末端の5'リン酸を除去する必要があり、これは}RNAトリホスファターゼ酵素の助けを借りて行われる。次に、グアノシルトランスフェラーゼ酵素が反応を触媒し、二リン酸5'末端を生成する。次に、二リン酸5'末端は、 5'5'三リン酸結合にグアニン残基を付加するために、GTP分子のαリン原子を攻撃する。酵素（グアニン -N ⁷ -）メチルトランスフェラーゼ（「キャップMTase」）は、 S-アデノシルメチオニンからグアニン環にメチル基を転移する。 ^{[4]このタイプのキャップは、（m}⁷ G）のみが位置しており、キャップ0構造と呼ばれる。隣接するヌクレオチドのリボースもメチル化されてキャップ 1 が形成される。RNA 分子の下流のヌクレオチドのメチル化により、キャップ 2、キャップ 3 などの構造が生成される。これらの場合、メチル基がリボース糖の 2' OH 基に付加される。キャップは、3'5'ホスホジエステル結合に特異性を持つリボヌクレアーゼによる攻撃から一次 RNA 転写産物の 5' 末端を保護する。^[5]

3'処理

切断とポリアデニル化

RNA分子の3'末端でのpre-mRNA処理では、3'末端が切断され、その後約250個のアデニン残基が追加されてポリ(A)テールが形成される。切断およびアデニル化反応は、主にポリアデニル化シグナル配列(5'-AAUAAA-3')がpre-mRNA分子の3'末端付近にあり、その後に別の配列(通常は(5'-CA-3'))が続き、切断部位である場合に起こる。GUに富む配列も、pre-mRNA分子のさらに下流に存在するのが通常である。最近では、切断部位の上流にあるUGUAなどの代替シグナル配列も、AAUAAAシグナルがない場合に切断およびポリアデニル化を誘導できることが実証されている。これら2つのシグナルは相互に独立しておらず、共存することが多い。配列要素の合成後、いくつかのマルチサブユニットタンパク質がRNA分子に転移される。これらの配列特異的結合タンパク質、切断およびポリアデニル化特異性因子(CPSF)、切断因子 I (CF I)、切断刺激因子(CStF)の転移は、RNA ポリメラーゼ IIから発生します。3 つの因子は配列要素に結合します。AAUAAA シグナルは CPSF によって直接結合されます。UGUA 依存処理部位の場合、マルチタンパク質複合体の結合は切断因子 I (CF I) によって行われます。結果として形成されるタンパク質複合体には、追加の切断因子と酵素ポリアデニル酸ポリメラーゼ(PAP) が含まれます。この複合体は、(5'-CA-3') 配列でマークされた切断部位で、ポリアデニル化配列と GU に富む配列の間で RNA を切断します。次に、ポリ (A) ポリメラーゼは、ATP を前駆体として使用して、RNA 分子の新しい 3' 末端に約 200 個のアデニン単位を追加します。ポリ(A)テールが合成されると、ポリ(A)結合タンパク質の複数のコピーに結合し、 CCR4-Not複合体などの酵素によるリボヌクレアーゼ消化から3'末端を保護します。^[5]

イントロンスプライシング

RNA スプライシングは、タンパク質をコードしない RNA 領域であるイントロンがプレ mRNA から除去され、残りのエクソンが接続されて 1 つの連続した分子が再形成されるプロセスです。エクソンは mRNA の一部で、タンパク質に「発現」または翻訳されます。エクソンは mRNA 分子のコード部分です。^[6]ほとんどの RNA スプライシングはプレ mRNA の完全な合成とエンドキャップの後に発生しますが、多くのエクソンを持つ転写物は共転写的にスプライシングされることがあります。^{[7]スプライシング反応は、プレ mRNA 配列の}スプライスサイトを認識するタンパク質と小さな核 RNA分子から組み立てられたスプライソソームと呼ばれる大きなタンパク質複合体によって触媒されます。抗体をコードするものを含む多くのプレ mRNA は、複数の方法でスプライシングされ、異なるタンパク質配列をコードする異なる成熟 mRNA が生成されます。このプロセスは選択的スプライシングとして知られ、限られた量の DNA から多種多様なタンパク質を生成することを可能にします。

ヒストンmRNA処理

ヒストン H2A、H2B、H3、H4 はヌクレオソームのコアを形成するため、コアヒストンと呼ばれます。典型的なヒストン mRNA には、ポリ (A) テールやイントロンなど、他の真核生物 mRNA のいくつかの特徴が欠けているため、コアヒストンの処理は異なります。したがって、このような mRNA はスプライシングを受けず、3' 処理はほとんどの切断因子およびポリアデニル化因子とは独立して行われます。コアヒストン mRNA は、3' 末端に特殊なステムループ構造を持ち、これはステムループ結合タンパク質と、 U7 snRNA をリクルートするヒストン下流エレメント (HDE) と呼ばれる下流配列によって認識されます。切断およびポリアデニル化特異性因子 73 は、ステムループと HDE の間の mRNA を切断します^[8]

しかし、 H2A.ZやH3.3などのヒストン変異体にはイントロンがあり、スプライシングやポリアデニル化などの通常のmRNAとして処理されます。^[8]

参照

参考文献

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さらに読む

バーグ JM、ティモツコ JL、ストリヤ L (2007)。生化学(6 版)。ニューヨーク: WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-6766-4。
Hames D、Hooper N (2006)。Instant Notes Biochemistry。第58巻（第3版）。リーズ：Taylor and Francis。p. 767。ISBN 978-0-415-36778-3. PMID 11098183。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
Sun WJ、Li JH、Liu S、Wu J、Zhou H、Qu LH、Yang JH (2016 年 1 月)。「RMBase: ハイスループットシーケンスデータから RNA 修飾のランドスケープをデコードするためのリソース」。核酸研究。44 ( D1 ): D259-65。doi :10.1093 / nar/gkv1036。PMC 4702777。PMID 26464443。
Machnicka MA、Milanowska K、Osman Oglou O、Purta E、Kurkowska M、Olchowik A、Januszewski W、Kalinowski S、Dunin-Horkawicz S、Rother KM、Helm M、Bujnicki JM、Grosjean H (2013 年 1 月)。「MODOMICS: RNA 修飾経路のデータベース - 2013 年更新」。核酸研究。41 (データベース号) : D262-7。doi :10.1093/ nar /gks1007。PMC 3531130。PMID 23118484。
Cantara WA、Crain PF、Rozenski J、McCloskey JA、Harris KA、Zhang X、Vendeix FA、Fabris D、Agris PF (2011 年 1 月)。「RNA 修飾データベース、RNAMDB: 2011 年更新」。核酸研究。39 (データベース号): D195-201。doi : 10.1093 / nar /gkq1028。PMC 3013656。PMID 21071406。

米国国立医学図書館の医学件名表(MeSH)における転写後 + RNA + 修飾

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[4] Yamada-Okabe T, Mio T, Kashima Y, Matsui M, Arisawa M, Yamada-Okabe H (1999年11月). 「カンジダアルビカンスのmRNA 5キャップメチルトランスフェラーゼ遺伝子：触媒に必須の追加残基の同定」. Microbiology . 145 ( Pt 11) (11): 3023– 33. doi : 10.1099/00221287-145-11-3023 . PMID 10589710.

[CITEREFBiochemistry1-5] ハメス＆フーパー 2006、p. 221より

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[Lodish_2007-7] Lodish HF、Berk A、Kaiser C、Krieger M、Scott MP、Bretscher A、Ploegh H、Matsudaira PT (2007)。「第8章：転写後遺伝子制御」。分子細胞生物学。サンフランシスコ：WHフリーマン。ISBN 978-0-7167-7601-7。

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