リボソーム結合部位

リボソーム結合部位（ RBS ）とは、 mRNA転写産物の開始コドンの上流にあるヌクレオチド配列で、翻訳開始時にリボソームをリクルートする役割を担っています。RBSは主に細菌の配列を指しますが、真核細胞や真核生物に感染するウイルスのmRNAにも内部リボソーム進入部位（IRES）が存在することが報告されています。真核生物におけるリボソームのリクルートは、一般的に真核生物のmRNAに存在する 5'キャップによって媒介されます。

原核生物

原核生物のRBSは開始コドンの上流領域である。mRNAのこの領域は、5'-AGGAGG-3'という共通配列を持ち、これはシャイン・ダルガノ（SD）配列とも呼ばれる。^{[ 1 ]}相補配列（CCUCCU）は、アンチシャイン・ダルガノ（ASD）と呼ばれ、より小さい（30S）リボソームサブユニットの16S領域の3'末端に含まれている。シャイン・ダルガノ配列に遭遇すると、リボソームのASDがそれと塩基対を形成し、その後翻訳が開始される。^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

5'-AGGAGG-3'配列のバリエーションは、古細菌において、開始部位の上流5塩基対に位置する高度に保存された5'-GGTG-3'領域として見つかっている。さらに、大腸菌のrpsAなど、一部の細菌の開始領域には、識別可能なSD配列が全く存在しない。^{[ 4 ]}非SD RBSの例、一般的なパターンと新規パターンを用いたそれらの検出、およびそれらの分類学的分布については、例えば、遺伝子予測に関する引用文献を参照のこと。^{[ 5 ]}

翻訳開始速度への影響

原核生物のリボソームは、DNAが転写されている間にmRNA転写産物の翻訳を開始する。したがって、翻訳と転写は並行プロセスである。細菌のmRNAは通常ポリシストロン性であり、複数のリボソーム結合部位を含む。翻訳開始は、原核生物におけるタンパク質合成の最も厳密に制御された段階である。^{[ 6 ]}

翻訳速度は、次の2つの要因によって決まります。

リボソームがRBSにリクルートされる速度
リクルートされたリボソームが翻訳を開始できる速度（すなわち翻訳開始効率）

RBS配列はこれら両方の要因に影響を与える。

リボソームのリクルート速度に影響を与える要因

リボソームタンパク質S1はRBSの上流にあるアデニン配列に結合する。RBSの上流にあるアデニンの濃度を上げると、リボソームのリクルート速度が増加する。^{[ 6 ]}

翻訳開始効率に影響を与える要因

mRNA SD配列とリボソームASDの相補性のレベルは、翻訳開始の効率に大きく影響します。相補性が高いほど、開始効率は高くなります。^{[ 7 ]}これはある程度までしか当てはまりません。相補性が高すぎると、リボソームが下流に進むには強固に結合してしまうため、逆説的に翻訳速度が低下することが知られています。^{[ 7 ]}

RBSと開始コドン間の最適な距離は可変であり、実際のRBSにコードされているSD配列の部分と、コンセンサスSD配列の開始部位までの距離によって決まります。最適な間隔は、リボソームが結合した後の翻訳開始速度を増加させます。^{[ 7 ]}ある研究では、スペーサー領域自体のヌクレオチドの組成も翻訳開始速度に影響を与えることがわかりました。^{[ 8 ]}

熱ショックタンパク質

RBSによって形成される二次構造はmRNAの翻訳効率に影響を与え、一般的に翻訳を阻害します。これらの二次構造はmRNA塩基対の水素結合によって形成され、温度に敏感です。通常よりも高い温度（約42 ℃）では、熱ショックタンパク質のRBS二次構造がほどけ、リボソームが結合して翻訳を開始できるようになります。このメカニズムにより、細胞は温度上昇に迅速に対応できます。^{[ 6 ]}

真核生物

5フィートキャップ

真核生物におけるリボソームのリクルートは、真核生物開始因子であるeIF4Fとポリ(A)結合タンパク質(PABP)が5'キャップされたmRNAを認識し、その場所に43Sリボソーム複合体をリクルートするときに起こる。^{[ 9 ]}

翻訳開始は、コザック共通配列ACC AUG G内にある開始コドン (下線部) でリボソームがリクルートされた後に起こります。コザック配列自体はリボソームのリクルートに関与していないため、リボソーム結合部位とはみなされません。^{[ 2 ]}^{[ 9 ]}

内部リボソーム進入部位（IRES）

真核生物のリボソームは、5'キャップが関与する機構とは異なる機構で、内部リボソーム進入部位と呼ばれる配列で転写産物に結合することが知られている。このプロセスは、翻訳開始因子の完全なセットに依存しない（ただし、これは特定のIRESに依存する）ものであり、ウイルスmRNAの翻訳でよく見られる。^{[ 10 ]}

遺伝子アノテーション

RBSの同定は、注釈のない配列における翻訳開始部位を決定するために使用されます。これはN末端予測と呼ばれます。これは、タンパク質コード配列の潜在的な開始部位の周囲に複数の開始コドンが存在する場合に特に有用です。^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}

RBSの同定は、高度に退化している傾向があるため、特に困難である。^{[ 13 ]}大腸菌のRBSを同定するアプローチの1つは、ニューラルネットワークを使用することである。^{[ 14 ]}もう1つのアプローチは、ギブスサンプリング法を使用することである。^{[ 11 ]}

歴史

原核生物のRBSのシャイン・ダルガーノ配列は、1975年にジョン・シャインとリン・ダルガーノによって発見された。 ^{[ 1 ]}^{[ 15 ]}コザックコンセンサス配列は、1984年にマリリン・コザックがピッツバーグ大学生物科学科に在籍していたときに初めて同定された。^{[ 16}^]^[¹⁷^]

参考文献

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リボソーム結合部位

原核生物

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翻訳開始効率に影響を与える要因

熱ショックタンパク質

真核生物

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内部リボソーム進入部位（IRES）

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関連項目

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開始コドン

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