RNAスプライシング

概要

真核生物のRNAが、タンパク質の翻訳に先立って編集される過程をスプライシングといいます。スプライシングは、タンパク質をコードしていない領域を取り除き、タンパク質をコードする領域をつなぎ合わせます。また、スプライシングは、1つの遺伝子から複数のタンパク質を発現させることを可能にし、発生、組織の分化、環境ストレスへの適応などに不可欠な役割を果たしています。スプライシングのエラーは、がんなどの病気の原因となります。

真核生物のDNAから転写されたRNAは、いくつかの修飾を受けます

真核生物のDNAから転写されたRNA鎖は一次転写産物と呼ばれます。mRNAになることが決まっている一次転写産物は、メッセンジャーRNA前駆体（pre-mRNA）と呼ばれます。pre-mRNAは、タンパク質の翻訳に適した成熟mRNAに加工されます。真核生物のpre-mRNAは、エクソンとイントロンが交互に並んでいます。エクソンはタンパク質をコードするヌクレオチド配列であり、一方、イントロンはノンコーディング領域です。RNAスプライシングは、イントロンが除去され、エクソンがつなぎ合わされるプロセスです。

スプライシングは核の中で行われます

スプライシングは、核内低分子リボヌクレオタンパク質（snRNP）と呼ばれるタンパク質とRNAの複合体であるスプライソソームによって行われます。スプライソソームは、エクソンとイントロンの境界にある特定のヌクレオチド配列を認識します。まず、イントロンの5＆rsquo;末端にあるGUを含む配列と、イントロンの3＆rsquo;末端にあるAを含む分岐点配列に結合します。その後、慎重に編成されたいくつかのステップを経て、他のsnRNPが分岐点を5’スプライスサイトに近づけます。その後、化学反応によってイントロンの5’末端が上流のエクソンから切断され、分岐点に付着して投げ縄（ラリアット）構造と呼ばれるループを形成します。投げ縄部分を除去するために、上流側エクソンの3’末端が、下流側エクソンの5’末端に近いイントロンのAGを含む配列と反応します。この反応により、2つのエクソンが結合し、スプライシングプロセスが終了します。

スプライシングで1つの遺伝子から複数のタンパク質を発現させます

pre-mRNAの異なるエクソンの組み合わせが結合して成熟mRNAになる過程を、代替スプライシングと呼びます。代替スプライシングにより、1つのpre-mRNAから複数の異なるタンパク質を生成できます。

通常、エクソンは遺伝子の中で現れる順番に結合していますが、代替スプライシングの際には、このエクソンの優先順位が変わることがあります。代替スプライシングのさまざまなパターンには、エクソンのスキップ、代替の5’または3’スプライスサイト、イントロンの保持などがあります。これらのパターンは、エクソンやイントロンの長さとスプライスサイトの強度によって決まります。その結果、他のエクソンよりも短いエクソンは、スプライソゾームに見落とされ、成熟したmRNAから省略される可能性があります。一方、他のイントロンよりも著しく短いイントロンは、スプライソソームによる除去を免れ、成熟したmRNAに保持される可能性があります。

スプライス部位の強度は、代替エクソン周辺の配列保存性によって決定され、これらはスプライソソームが選択する5’または3’スプライス部位に影響を与えます。このようにして、代替スプライシングは、同じDNAからコピーされた成熟したmRNAのバリアントを生成します。

翻訳されたRNAの配列変異体は、アミノ酸の追加や減少、リーディングフレームのシフト、あるいは早発の停止コドンなどにより、異なるタンパク質を生成します。これにより、機能、細胞内での局在、他のタンパク質との相互作用など、異なる生物学的特性を持つタンパク質のアイソフォームが生成されます。代替スプライシングは、遺伝子の発現に重要な役割を果たしており、それによって器官の発達、細胞の生存や増殖、環境変化への適応などが制御されています。

スプライシングの異常は病気の原因になります

スプライシングのエラーは、遺伝子自体の変異や、遺伝子の発現を制御する制御要素の変異によって引き起こされることがあります。特定の遺伝子転写産物のエクソンまたはイントロン配列に生じる変異は、シス変異と呼ばれます。また、スプライシング機構の変異は、複数の遺伝子に影響を与えるため、trans変異と呼ばれています。

スプライシングのエラーは、異常なタンパク質アイソフォームを生成し、がんを含む疾患の原因となる可能性があります。例えば、BCL2L1遺伝子の代替スプライシングでは、代替の5’スプライスサイトを使用することにより、BCL-X_LとBCL-X_Sという長いタンパク質アイソフォームと短いタンパク質アイソフォームが生成されます。長い方のBCL-X_Lアイソフォームは、細胞の生存を促進し、いくつかのタイプの癌（血液癌、乳癌、肝臓癌など）で高発現しています。一方、細胞死を促進する短いBCL-X_Sアイソフォームの発現は、がんでは抑制されています。