「RNA干渉」の版間の差分
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RNA干渉とはmRNAに対して相補的な配列をもつ一本鎖RNA（[[ | RNA干渉とはmRNAに対して相補的な配列をもつ一本鎖RNA（[[w:アンチセンス鎖|アンチセンス鎖]]）、その逆鎖である一本鎖RNA（[[w:センス鎖|センス鎖]]）からなる二本鎖RNAによって、遺伝子発現抑制効果を示す現象である。当初、[[線虫]]の遺伝子[[Lin-4]]遺伝子産物が、タンパク質をコードせずに遺伝子発現を制御することから示されたが、その後、[[w:単細胞生物|単細胞生物]]から[[w:哺乳動物|哺乳動物]]に至る様々な生物で内在性の小分子RNAがRNA干渉のメカニズムにより遺伝子制御に関わることが見いだされ、[[w:発生|発生]]や[[w:代謝|代謝]]、[[w:感染|感染]]防御など生命維持に欠かせない多くの現象を制御し、生体の[[w:恒常性|恒常性]]を維持する働きを有することが分かっている。RNA干渉関連分子の機能異常が発症原因となる疾患も見つかってきている。またさらに外来に二本鎖RNAを投与することによっても同様のメカニズムによって遺伝子発現を制御することができることから、RNA干渉は、遺伝子機能探索の技術として細胞や個体でも応用が可能で、創薬に繋がる大きな可能性を秘めている。 | ||
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1993年、[[wikipedia:Victor Ambros|Victor Ambros]]博士らは、[[線虫|''C. elegans'']]のlin-4遺伝子産物がタンパク質をコードしないのにもかかわらず、[[lin-14]]遺伝子産物である[[LIN-14]]タンパク質の発現を負に調節する因子であることを見出した<ref name=ref5><pubmed>8252621</pubmed></ref>。この遺伝子産物は、ヘアピン型の小分子RNAであり、標的遺伝子と結合することにより機能すると考えられた（図１）。その後、[[microRNA]]（[[miRNA]]）と呼ばれるようになり、現在までに単細胞生物から哺乳動物に至る様々な生物で内在性の小分子RNAがRNA干渉のメカニズムにより遺伝子制御に関わることが見いだされ、発生や代謝、ウイルス感染防御など生命維持に欠かせない多くの現象を制御し、生体の恒常性を維持する働きを有することが分かっている<ref name=ref2 /> <ref name=ref3 /> <ref name=ref4 />。RNAi関連分子の機能異常が発症原因となる疾患も見つかってきている<ref name=ref6><pubmed>20735434</pubmed></ref>。 | 1993年、[[wikipedia:Victor Ambros|Victor Ambros]]博士らは、[[線虫|''C. elegans'']]のlin-4遺伝子産物がタンパク質をコードしないのにもかかわらず、[[lin-14]]遺伝子産物である[[LIN-14]]タンパク質の発現を負に調節する因子であることを見出した<ref name=ref5><pubmed>8252621</pubmed></ref>。この遺伝子産物は、ヘアピン型の小分子RNAであり、標的遺伝子と結合することにより機能すると考えられた（図１）。その後、[[microRNA]]（[[miRNA]]）と呼ばれるようになり、現在までに単細胞生物から哺乳動物に至る様々な生物で内在性の小分子RNAがRNA干渉のメカニズムにより遺伝子制御に関わることが見いだされ、発生や代謝、ウイルス感染防御など生命維持に欠かせない多くの現象を制御し、生体の恒常性を維持する働きを有することが分かっている<ref name=ref2 /> <ref name=ref3 /> <ref name=ref4 />。RNAi関連分子の機能異常が発症原因となる疾患も見つかってきている<ref name=ref6><pubmed>20735434</pubmed></ref>。 | ||
一方、1998年に、線虫の発生遺伝学者[[ | 一方、1998年に、線虫の発生遺伝学者[[w:クレイグ・メロー|Craig Mello]]と[[w:アンドリュー・ファイアー|Andrew Fire]]両博士らは、発生に関わる遺伝子の機能解析を目的として、線虫体内に、標的[[mRNA]]に対して相補的な配列をもつ一本鎖RNA（アンチセンス鎖）、その逆鎖である一本鎖RNA（センス鎖）、その両者からなる二本鎖RNAを別途投与することによって、二本鎖RNAが高い遺伝子発現抑制効果を示すことを見出した<ref name=ref1><pubmed>9486653</pubmed></ref>。この発見は、小分子RNAを外来性に投与することにより、任意の遺伝子の発現を調節する可能性を示唆した（図２）。 | ||
これらの発見をきっかけにRNA干渉の研究は飛躍的にすすみ、現在では二本鎖RNA が[[short interfering RNA]]（[[siRNA]]）に変換されて遺伝子発現を調節するプロセスが明らかとなっている<ref name=ref2><pubmed>19148191</pubmed></ref> <ref name=ref3><pubmed>19165215</pubmed></ref> <ref name=ref4><pubmed>19158785</pubmed></ref>。siRNAもmiRNAもその生合成に[[Dicer]]を必要とする、また遺伝子の発現を抑制するには[[Argonaute]]タンパク質と[[RNA induced silencing complex]] ([[RISC]]）を形成する必要がある、などお互い類似したメカニズムで起こることなどが明らかにされている<ref name=ref2 /> <ref name=ref3 /> <ref name=ref4 />。 | これらの発見をきっかけにRNA干渉の研究は飛躍的にすすみ、現在では二本鎖RNA が[[short interfering RNA]]（[[siRNA]]）に変換されて遺伝子発現を調節するプロセスが明らかとなっている<ref name=ref2><pubmed>19148191</pubmed></ref> <ref name=ref3><pubmed>19165215</pubmed></ref> <ref name=ref4><pubmed>19158785</pubmed></ref>。siRNAもmiRNAもその生合成に[[Dicer]]を必要とする、また遺伝子の発現を抑制するには[[Argonaute]]タンパク質と[[RNA induced silencing complex]] ([[RISC]]）を形成する必要がある、などお互い類似したメカニズムで起こることなどが明らかにされている<ref name=ref2 /> <ref name=ref3 /> <ref name=ref4 />。 | ||
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動物や植物に限らず多くの生物はmiRNAを発現する<ref name=ref7><pubmed>11081512</pubmed></ref> <ref name=ref8><pubmed>14744438</pubmed></ref>。miRNAは恒常的であるが、各miRNAの発現は個体において時空間的に調節されている。 | 動物や植物に限らず多くの生物はmiRNAを発現する<ref name=ref7><pubmed>11081512</pubmed></ref> <ref name=ref8><pubmed>14744438</pubmed></ref>。miRNAは恒常的であるが、各miRNAの発現は個体において時空間的に調節されている。 | ||
[[ | [[w:ゲノム|ゲノム]]上に位置するmiRNA遺伝子から発現したmiRNA転写産物は一本鎖RNAであるが、ヘアピン構造をとることを特徴とする<ref name=ref9><pubmed>21245828</pubmed></ref> <ref name=ref10><pubmed>20661255</pubmed></ref> <ref name=ref11><pubmed>21116305</pubmed></ref>。核でまず[[RNaseIIIドメイン]]をもった[[Drosha]]によって第一次プロセシングを受け[[細胞質]]へ移行する。細胞質ではDicerによって第二次プロセシングを受け、二本鎖miRNAとして切り出される。その後1本鎖となったmiRNAは、siRNAと同様にArgonauteタンパク質と結合することによって[[miRISC]]を形成する。哺乳動物のmiRNAの場合、標的mRNAへの対合には[[シード配列]]とよばれる5’末端から2~7塩基が関わる。つまり、siRNAと異なり、標的RNAとの対合がmiRNAの5’末端から10塩基目と11塩基目まで及ばないため、Argonauteタンパク質は標的RNAを切断する事が出来ない。miRISC には[[GW182]]タンパク質を介して[[RNA分解酵素]]が結合するが、これら因子の助けを借りて、miRISCは標的RNAの不安定性を導く。標的mRNAの[[w:翻訳 (生物学)|翻訳]]を阻害することも知られる。つまり、siRNAとmiRNAでは標的RNAの発現抑制の分子メカニズムが異なることを特徴とする。 | ||
=== PIWI interacting RNA === | === PIWI interacting RNA === | ||
[[PIWI interacting RNA]]（[[piRNA]]）は[[生殖組織]]特異的に発現する小分子RNAで、やはり生殖組織特異的に発現するArgonauteタンパク質群（これをPIWIタンパク質と称する）と特異的に結合することによって[[piRISC]]を形成する。piRNAの多くはpiRNAクラスターとよばれる遺伝子間領域から発現する一本鎖非コードRNAを前駆体とし、Dicer非依存的に発現する<ref name=ref12><pubmed>19239887</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>19575643</pubmed></ref> <ref name=ref14><pubmed>21427766</pubmed></ref> <ref name=ref15><pubmed>23124062</pubmed></ref>。piRNAは[[トランスポゾン]]に対してアンチセンスである場合が多く、それらはトランスポゾンの発現抑制に関わる。トランスポゾンはゲノム損傷の原因となるため、次世代にゲノム情報を伝搬する生殖組織はこれを抑える独自の仕組みを獲得したと考えられる。細胞質局在型piRISCは、標的RNA（トランスポゾン転写産物）を切断することによってその発現を抑制するが、核局在型piRISCは[[ | [[PIWI interacting RNA]]（[[piRNA]]）は[[生殖組織]]特異的に発現する小分子RNAで、やはり生殖組織特異的に発現するArgonauteタンパク質群（これをPIWIタンパク質と称する）と特異的に結合することによって[[piRISC]]を形成する。piRNAの多くはpiRNAクラスターとよばれる遺伝子間領域から発現する一本鎖非コードRNAを前駆体とし、Dicer非依存的に発現する<ref name=ref12><pubmed>19239887</pubmed></ref> <ref name=ref13><pubmed>19575643</pubmed></ref> <ref name=ref14><pubmed>21427766</pubmed></ref> <ref name=ref15><pubmed>23124062</pubmed></ref>。piRNAは[[トランスポゾン]]に対してアンチセンスである場合が多く、それらはトランスポゾンの発現抑制に関わる。トランスポゾンはゲノム損傷の原因となるため、次世代にゲノム情報を伝搬する生殖組織はこれを抑える独自の仕組みを獲得したと考えられる。細胞質局在型piRISCは、標的RNA（トランスポゾン転写産物）を切断することによってその発現を抑制するが、核局在型piRISCは[[w:転写|転写]]レベルでトランスポゾンを抑制すると考えられている。piRNA生合成およびpiRISCによる転写レベルでのトランスポゾン発現抑制の分子メカニズムは未だ不明な点を多く残す。 | ||
==外来小分子RNAによるもの== | ==外来小分子RNAによるもの== | ||
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RISCに結合した標的RNAは、Argonauteタンパク質のSlicer活性によって切断される。試験管内でRNA干渉反応を誘導すると、切断された標的RNAを検出することが出来るが、細胞内ではSlicer活性によって切断されたmRNAはその他のRNA分解酵素によって分解されるため、タンパク質合成の鋳型となりえない。RNA干渉を遺伝子発現抑制機構とする所以はここにある。 | RISCに結合した標的RNAは、Argonauteタンパク質のSlicer活性によって切断される。試験管内でRNA干渉反応を誘導すると、切断された標的RNAを検出することが出来るが、細胞内ではSlicer活性によって切断されたmRNAはその他のRNA分解酵素によって分解されるため、タンパク質合成の鋳型となりえない。RNA干渉を遺伝子発現抑制機構とする所以はここにある。 | ||
Argonauteタンパク質は[[PAZドメイン]]と[[MIDドメイン]]を介してsiRNAと結合する。標的RNAの切断は、PIWIドメインが担う。切断はsiRNAの5’末端から10塩基目と11塩基目をつなぐ[[ | Argonauteタンパク質は[[PAZドメイン]]と[[MIDドメイン]]を介してsiRNAと結合する。標的RNAの切断は、PIWIドメインが担う。切断はsiRNAの5’末端から10塩基目と11塩基目をつなぐ[[w:リン酸|リン酸]]基に相対する部位で起こり、その切り口は、5'末端にリン酸基を、3'末端は[[w:水酸基|水酸基]]をもつことを特徴とする。 | ||
==疾患との関わり== | ==疾患との関わり== | ||
miRNAは生体内で様々な遺伝子の発現を制御する。[[ | miRNAは生体内で様々な遺伝子の発現を制御する。[[w:ヒト|ヒト]]の場合、約6割の遺伝子がmiRNAの制御下にあると見積もられている<ref name=ref16><pubmed>18955434</pubmed></ref>。miRNAの発現や機能に異常が生じると、その下流に位置する標的遺伝子の発現も異常となり、これが原因で[[w:悪性腫瘍|癌]]などの疾患を導きだすことが知られている。[[w:肺がん|肺がん]]の発症との関連が唱われているmiRNAに[[let-7]]や[[miR-17-92]]クラスターがある<ref name=ref6 />。miRNAの発現量をバイオマーカーとして診断に用いる試みもある<ref name=ref17><pubmed>23026890</pubmed></ref>。 | ||
==関連項目== | ==関連項目== | ||