DNAを作る５炭糖は塩基が付く側を1位、酸素を挟んだ反対側を5位と決められています。この５位のことを5’（ファイブプライム、ダッシュではない！）と表記します。5′末端とは、DNAまたはRNA鎖の末端のことで、デオキシリボースまたはリボースの糖鎖の5番目の炭素を有します。5′末端に結合したリン酸基は、2つのヌクレオチドのライゲーションを可能とします。つまり、5′-リン酸が別のヌクレオチドの3′-水酸基と共有結合し、ホスホジエステル結合を形成することで2つのヌクレオチドが結合します。
新生メッセンジャーRNA（プレmRNA）の5′末端は、転写後のキャッピングが起こる部位であり、成熟メッセンジャーRNAの生成に不可欠なプロセスです。キャッピングは、メッセンジャーRNAが翻訳されている間の安定性を高め、エキソヌクレアーゼの分解作用に対する抵抗力を与えます。
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遺伝子の5′-フランキング領域は、しばしば、RNAに転写されないDNAの領域を意味します。5′-側鎖領域は、遺伝子プロモーターを含み、またエンハンサーまたは他のタンパク質結合部位を含むことができます。5′-非翻訳領域は、キャップ部位から始まり、メインコード配列のAUG翻訳開始コドンの直前の塩基まで伸びるDNAの部分です。この領域には、リボソーム結合部位やKozak配列など、mRNAの翻訳効率を決定する配列や、mRNAの安定性に影響を与える配列が存在することがあります。
RNA合成は5’から3’側の方向になります。
転写産物はこの鋳型鎖に対して相補的で、伸長途中のＲＮＡ鎖の5’→3’の方向性とその塩基配列はＤＮＡ二重らせんの反対側の鋳型にならないほうのＤＮＡ鎖と同じになり、Ｔ（チミン）の代わりにＵ（ウラシル）となる。鋳型にならないほうの鎖をセンス鎖と呼びます。
5末端の重要性とは
5’末端は、RNA分子の構造と機能において重要な役割を果たしています。特に、メッセンジャーRNA（mRNA）において、5’末端にはいくつかの重要な特徴があります。
1. キャッピング:
mRNAの5’末端は、キャップ構造によって修飾されます。このキャップは、7-メチルグアノシン（m7G）で構成されており、5’末端に特異的に付加されます[17]。キャッピングは、mRNAの安定性を高め、リボヌクレアーゼによる分解から保護する役割を持っています。また、キャップ結合複合体を介してリボソームに結合しやすくなり、翻訳の効率を向上させることができます[17][18]。
2. 翻訳の開始:
キャップ構造は、翻訳開始因子によって認識されることで、翻訳の効率を上昇させます[13]。キャップ結合複合体が形成されることで、mRNAがリボソームに結合しやすくなり、翻訳開始のプロセスが促進されます[17]。
3. 核外輸送:
キャップ構造は、mRNAが核から細胞質へ輸送される際にも重要です。キャップ結合複合体は、mRNAの核外輸送を助ける役割を果たします[17]。
4. RNAの安定性:
キャップ構造は、mRNAの安定性に寄与し、mRNAの半減期を延ばします。これにより、mRNAが翻訳される前に分解されることを防ぎ、タンパク質合成の効率を高めることができます[17][18]。
5. 遺伝子発現の調節:
RNAの5’末端構造は遺伝子発現に関わる重要な役割を担っており、生物はその構造を制御することを介して遺伝子発現を調節している可能性が示唆されています[20]。
これらの機能は、mRNAの5’末端が遺伝子発現の調節において中心的な役割を果たしていることを示しています。また、5’末端の構造的多様性がさまざまな生物学的プロセスに影響を与える可能性があり、その機能と機構の解明は分子生物学において重要な研究テーマです。
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
