生物学の原理

プレmRNAスプライシング

真核生物の遺伝子は、タンパク質をコードする配列に相当するエクソン(エクスオンは発現を意味する)と、その間にあるイントロン(イントロンはその介在の役割を表す)という、遺伝子制御に関係するかもしれないが処理中にプレmRNAから削除される配列からなる(図2)。 mRNAのイントロン配列は機能的なタンパク質をコードしない。

図2 真核生物のmRNAには、スプライシングされなければならないイントロンが含まれている。 また、5′キャップと3′テールが追加されます。 写真提供:Kazulanth; Wikimedia. この作品はパブリックドメインとして公開されています。

イントロンの発見は、原核生物で観察されたように、プレmRNAがさらなる処理なしにタンパク質配列を特定すると予想していた1970年代の研究者にとって意外なものでした。 高等真核生物の遺伝子には、1つ以上のイントロンが存在することが非常に多い。 これらの領域は制御配列に相当すると考えられるが、1つの遺伝子に多くのイントロンが存在すること、あるいは非常に長いイントロンが存在することの生物学的意義は不明である。 イントロンが多いとプレmRNAの転写に時間がかかるため、遺伝子の発現が遅くなる可能性がある。 あるいは、イントロンは進化の過程で古代の遺伝子が融合した際に残った非機能的な配列の残骸である可能性もある。 このことは、別々のエクソンが別々のタンパク質のサブユニットやドメインをコードしていることが多いことからも裏付けられている。 ほとんどの場合、イントロンの配列は、最終的にタンパク質産物に影響を与えることなく変異させることができます。

プレmRNAのすべてのイントロンは、タンパク質合成の前に完全かつ正確に除去されなければなりません。 もしこのプロセスが1塩基でも間違っていれば、再結合したエキソンの読み枠がずれてしまい、結果として得られるタンパク質は機能不全に陥ってしまう。 イントロンを除去し、エクソンを再結合するプロセスをスプライシングと呼ぶ(図2、3)。 イントロンは、プレmRNAがまだ核内にあるうちに除去・分解される。 スプライシングは、イントロンが除去されエクソンが再結合されることを、1塩基単位の正確さと精度で保証する配列特異的なメカニズムによって行われる。 プレmRNAのスプライシングは、スプライソソームと呼ばれるタンパク質とRNA分子の複合体によって行われる(図3)。

70以上の個々のイントロンが存在し、それぞれがスプライシングのプロセス-5′キャッピングとポリAテールの付加に加えて-を受けなければ、翻訳できる単一のmRNA分子を生成できないことに注意したい。

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