リボスイッチは、タンパク質の助けを借りずに下流の遺伝子の転写と翻訳を調節するノンコーディングmRNAドメインです。リボスイッチは代謝物に直接結合し、存在する代謝物の量に応じて独自のステムループまたはヘアピン構造を形成することができます。それらには、代謝物結合アプタマーと発現プラットフォームの2つの異なる領域があります。
アプタマーは特定の代謝物に対して高い特異性を持ち、これによりリボスイッチは他の多くの生体分子の存在下でも転写を特異的に調節することができます。アプタマーは、プリン体、補酵素、アミノ酸など、さまざまな有機分子に結合します。また、マグネシウムカチオンやフッ化物アニオンなどの無機分子にも結合します。ほとんどのアプタマーは、水素結合や静電相互作用を通じてリガンドに結合します。 リボスイッチ上には、リガンドの結合部位が1つまたは複数存在し得る。リジンリボスイッチでは、アプタマー上に単一のリジン結合部位が存在します。対照的に、グリシンリボスイッチでは、2つの別々のグリシン特異的アプタマーがmRNA上に存在し、2つの分子が結合している場合にのみリボスイッチが機能するため、アプタマーは非常に高濃度のグリシンのみを感知できます。
発現プラットフォームは、アンチターミネーターまたはターミネーター構造を形成することにより、転写または翻訳を調節します。これらの構造の形成は、アプタマーへの代謝物結合に依存します。低濃度では、代謝産物はアプタマーに結合しません。.これにより、発現プラットフォームにアンチターミネーター構造を形成するように信号が送られ、転写または翻訳の継続が可能になります。対照的に、代謝物が高濃度で存在する場合、それはアプタマーに結合します。この場合、発現プラットフォームはターミネーター構造を形成し、その後に一連のウラシル残基が形成され、これによりRNAポリメラーゼが転写産物とDNA鎖から解離し、転写が終了します。発現プラットフォームは、リボソーム結合部位(Shine-Dalgarno配列とも呼ばれる)とヘアピン構造を形成することにより、転写産物へのリボソーム結合を阻害し、翻訳の開始を防ぐこともできます。リボスイッチが転写を調節する別のメカニズムは、RNA酵素、またはリボザイムとして作用することであり、これはglmSリボスイッチ-リボザイムに見られます。これらのリボザイムは、代謝物が結合するとリボスイッチmRNAを切断し、残りのmRNAはRNaseによって分解され、翻訳の阻害につながります。
リボスイッチは細菌や古細菌にのみ存在すると考えられていましたが、最近では植物や菌類でも観察されるようになりました。これまで真核生物で発見されたのは、チアミンピロリン酸(TPP)特異的なリボスイッチだけです。細菌とは異なり、真核生物の遺伝子には、同じ転写産物で転写と翻訳が同時に起こることを許さないイントロンが含まれています。したがって、これらのリボスイッチは選択的スプライシングによって転写を調節します。一部の植物では、TPPリボスイッチがTHIC遺伝子の3’非翻訳イントロン領域に存在します。TPPレベルが低いと、3’非翻訳領域の近くの5’スプライス部位が隠れ、安定したmRNAが生成されます。しかし、高濃度のTPPが存在すると、TPPはリボスイッチに結合し、3’非翻訳領域の5’スプライス部位を露出させます。イントロンが除去されると、タンパク質を産生できない不安定なmRNAが生成されます。
