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mRNA メッセンジャーRNA

mRNA メッセンジャーRNA

遺伝子のエクソンイントロンとmRNA、スプライシングとタンパク合成

メッセンジャーRNAmRNA)は、タンパク質合成に関わる一本鎖のRNAである。mRNAの役割は、細胞核内のDNAから細胞質へとタンパク質を作るための情報を運ぶことであり、細胞質ではタンパク質製造装置がmRNAの配列を読み取り、3塩基コドンをそれぞれ対応するアミノ酸翻訳し、タンパク質鎖を成長させる。

mRNAは、酵素RNAポリメラーゼ)が遺伝子を一次転写産物であるmRNA(プレmRNAとも呼ばれる)に変換する転写の過程で作られる。プレmRNAには通常、イントロンと呼ばれる最終的なアミノ酸配列のコードにならない領域が含まれている。イントロンははRNAスプライシングの過程で取り除かれ、タンパク質をコードする領域であるエクソンだけが残り、エクソン配列が成熟mRNAを構成する。成熟したmRNAはリボソームによって読み取られ、リボソームは転移RNAtRNA)が運ぶアミノ酸を利用して、タンパク質を作り出す。この過程が「翻訳」である。これらの過程はすべて、分子生物学のセントラルドグマを形成しており、生物系における遺伝情報の流れを説明している。

DNAと同様に、mRNAの遺伝情報はヌクレオチドの配列に含まれており、ヌクレオチドはそれぞれ3個のリボヌクレオチドからなるコドンに配列されています。各コドンは、タンパク質合成を停止させる終止コドンを除いて、特定のアミノ酸をコードしている。コドンをアミノ酸に変換するためには、コドンを認識して対応するアミノ酸を供給する転移RNA(tRNA)と、リボソームのタンパク質製造装置の中心的な構成要素であるリボソームRNA(rRNA)の2種類のRNAが必要である。

mRNAの構造

mRNA には翻訳開始コドンAUGから終止コドン(UAA、UGA、UAGの3種類)までのタンパク質コード領域がある。これ以外に5’末端非翻訳領域(5’UTR)と3’末端非翻訳領域(3’UTR)を有している。真核生物ではmRNAの5’末端にはキャップ構造、3’末端にはポリ(A)鎖がある。

ほとんどのmRNA分子にはメチル化グアニンヌクレオチド(methylated guanine nucleotide)が鎖の最初の部分(5′末端)に逆向きについている。5’末端が7-メチル-グアノシンの5’キャップ構造(m7GpppX、Xは任意のヌクレオチド)をとるこのキャップ構造が認識開始因子eIF4E(initiation factor eIF4E)に認識されて、その他の開始因子をmRNAのところに誘導する。この構造は、翻訳、スプライシング、mRNAの安定性、RNAの核外搬出の向上など、いくつかの細胞過程と関係している。eIF4Eは遊離型またはeIF4F複合体の一部として存在する。eIF4Fの他のサブユニットは、ATPアーゼ活性とRNAヘリカーゼ活性を持つeIF4Aと、足場タンパク質であるeIF4Gがある。(参考文献 eIF4F

mRNAの3’末端ポリ(A)鎖にはポリ(A)鎖結合タンパク質PABP(poly(A)- binding protein)が結合する(文献)。ポリ(A)結合タンパク質PABPは、mRNAのポリ(A)テール(200-250ヌクレオチド長)に直接eIF4G(eukaryotic initiation factor 4 complex)が結合する足場となるRNA結合タンパク質である。ポリ(A)結合タンパク質は、mRNA尾部を分解から保護し、mRNAの産生を制御している可能性がある。この2つのタンパク質が連動していなければ、ポリ(A)テールは付加されず、RNAはすぐに分解されてしまう。

PABPとeIF4Eが足場タンパク質である翻訳開始因子eIF4Gを介して複合体を形成することでmRNAは環状構造をとることとなり、さらに翻訳終結因子eRF3とPABP-eIF4Gとが複合体を形成してポリ(A)より近位側の3’非翻訳領域が環状構造からたわんで外れる。mRNA の環状化は、翻訳終結部位(3′)と翻訳開始部位(5’)を物理的に近づけることで、翻訳を終えたリボソームを終止コドンから次の翻訳開始に移行させることで翻訳の効率をあげることに寄与していると考えられる。

5’末端キャップ構造と3’末端ポリ(A)鎖はエキソヌクレアーゼによるmRNA分解を阻害することでmRNAを安定化する役割もある。

mRNAの翻訳

真核生物の翻訳には開始・伸長・終結の3つの過程がある。

翻訳開始は前述した通りeIF4Eに5’キャップ構造が認識されることから始まる。

翻訳終結は翻訳終結因子Eukaryotic translation termination factor 1(eRF1)、Eukaryotic translation termination factor 3(eRF3)によって制御される。終止コドンUAA, UAG, UGAを認識するのはeRF1である。終止コドンがリボソームのA部位(アミノアシルtRNAの入口)にくると、eRF1はこの終止コドンを直接認識して結合し、合成したペプチド鎖を解離させる。eRF3はGTP 結合タンパク質であり、GTP 結合型がeRF1と複合体を形成してリボソームに結合する。GTPの加水分解が促進されてGDP型に構造が変化するとeRF1から解離する分子スイッチとして働いている。

 

この記事の著者:仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号

 

この記事の著者:仲田洋美(医師)

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プロフィール

この記事の筆者:仲田洋美(医師)

ミネルバクリニック院長・仲田洋美は、日本内科学会内科専門医、日本臨床腫瘍学会がん薬物療法専門医 、日本人類遺伝学会臨床遺伝専門医として従事し、患者様の心に寄り添った診療を心がけています。

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