mRNA輸送の制御

真核生物では、転写と翻訳が区分化されており、mRNAは最初に核内で合成され、次にタンパク質合成のために細胞質に選択的に輸送されます。輸送前に、pre-mRNAは、スプライシング、5’キャッピング、ポリアデニンテールの追加など、転写後修飾のいくつかのステップを経ます。これらの修飾中に、さまざまなタンパク質がpre-mRNAに結合します。mRNA輸送は、mRNA輸送のさまざまな段階で特定の役割を果たす複数のタンパク質の助けを借りて行われます。例えば、mRNAは、核外出因子1と核外出トランスポーター1のヘテロ二量体であるエクスポータータンパク質の助けを借りて、核細孔複合体を介して外出されます。これらのタンパク質は、mRNAによって形成される特定のヌクレオチド配列またはステムループ構造を認識し、同様の結合特性を持つ異なるタイプのmRNAに結合することができます。

mRNAは通常、完全に処理された後にのみ核から輸送されます。しかし、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)など、特定のウイルス由来の一部のRNAは、このルールを回避することができます。HIVは、Revと呼ばれるタンパク質の助けを借りて、プレmRNAを運ぶイントロンの一部を核から細胞質に転移します。RevはHIV RNAによってコードされ、プレmRNAイントロン内に存在する特定の配列と核外輸送受容体に結合します。これにより、イントロンを運ぶpre-mRNAの細胞質への輸送が促進されます。

輸送されたmRNAの細胞質運命

細胞質に転移した後、細胞質内でのmRNAのさらなる移動は、それがオルガネラ特異的タンパク質、分泌タンパク質、または細胞表面タンパク質をコードするかどうかに大きく依存します。オルガネラ特異的タンパク質の場合、産生されたタンパク質は、シグナルペプチド配列の助けを借りてそれぞれのオルガネラに輸送されます。一方、特定のmRNAが分泌タンパク質を産生する場合、mRNAは関連するリボソームおよび新生ペプチドとともに小胞体に向けられます。これはタンパク質合成の初期段階で起こり、転移したmRNA-リボソーム複合体は、タンパク質合成が完了するまで小胞体に残ります。

対照的に、一部のmRNAは、タンパク質産生を開始する前に細胞質内の特定の場所に輸送されます。このような局在化シグナルは、郵便番号領域と呼ばれ、mRNAの3’非翻訳領域に存在します。標的位置へのmRNA輸送は、ランダムに行われるか、または細胞骨格フィラメントによって指示されます。このようなmRNAの局在化は、細胞が標的位置の近くで高濃度のタンパク質を産生するのを助けるだけでなく、細胞がタンパク質を最終目的地に輸送するためにリソースを使用する必要もなくなります。