スプライスバリアント

スプライスバリアントとは？

スプライスバリアントとは、遺伝子にはエクソン、イントロンがあり、イントロンはスプライシングを受けて最終的にタンパクになるときになくなる部分なのですが、エクソンがたとえば7つあったとして、できるタンパクはエクソン123④5⑥7とエクソン135をつないだものなど組み合わせにより全く異なるタンパクができます。

同じ遺伝子がmRNAに読み込まれるのに、スプライシングの違いからできる別の当該遺伝子産物をスプライスバリアントと言います。

真核生物における転写から翻訳までの過程は非常に複雑です。最も単純には、DNAからの一次転写産物は、細胞質に輸送され、翻訳を受け、機能的な量のタンパク質を生成するのに十分な期間安定して存在するために、3′ポリアデニンテールと5′メチルグアニンキャップを獲得しなければなりません。いたるところにRNAポリメラーゼというRNAを分解する酵素が存在するため、RNAは非常に不安定だからです。

タンパク質の適切な翻訳に不可欠なプレmRNAの正確なスプライシングは、エクソンとイントロンの境界を定義する共通の「シス」配列と、スプライシング装置が認識する制御配列の存在に依存してます。

これらのコンセンサス配列に点変異が生じると、エクソンとイントロンが正しく認識されず、変異した遺伝子の異常な転写産物が形成されることがあります。スプライシング変異は、イントロンとエクソンの両方で起こる可能性があり、既存のスプライシング部位やスプライシング制御配列（イントロンおよびエクソンのスプライシングサイレンサーおよびエンハンサー）を破壊したり、新たなスプライシング部位を作ったり、暗号化されたスプライシング部位を活性化したりします。

通常、このような突然変異は、スプライシングプロセス中のエラーを引き起こし、不適切なイントロンの除去につながり、その結果、オープンリーディングフレームの変化を引き起こす可能性があるのです。最近の研究では、遺伝性疾患の病因におけるスプライシング変異の多さと重要性が強調されています。

さらに、多細胞真核生物では、ほとんどの一次転写産物がスプライシングを受けなければなりません。スプライシングでは、エクソンが結合され、非コードの介在配列（イントロン）が除去されます。

遺伝子は、代替的な場所をmRNAスプライシングすることで、複数のタンパク質を作り出すことができるのです。

この場合、異なるエクソンや異なるイントロン/エクソン結合が、同じ一次転写産物から異なるスプライシング製品に交互に使用されることになる。代替スプライシングは、高度に制御されたプロセスで、癌の発生にも関与していると考えられている。

スプライスバリアントの役割

スプライスバリアントは、細胞内でプロテオームの多様性を高め、細胞機能に重要な役割を果たしています。

また、スプライスバリアントは、病気の状態と関連しており、その病因に関与している可能性があります。

これまで、スプライスバリアントに関する情報は、ほとんどが一次転写産物から得られたものか、細胞内の研究によって得られたものでした。最近では、転写産物やその他の研究から得られた情報と、ホモロジーモデルから得られた三次構造の情報を組み合わせる方法により、スプライスバリアントを効果的にモデル化することが可能となっています。

スプライシングイベントの多くは、シグナルペプチドを変更することによるN-末端領域での翻訳後修飾や、グリコシル化部位の数や利用可能性に影響することに関連しています。

多くの場合、同じ遺伝子内の違うエクソンの組み合わせは、小さなループ領域の変化だけではなく、構造単位全体の損失または獲得を伴います。

二次構造の一部が失われると、同じ二次構造の隣接する部分が不安定になることがあります。スプライスバリアントの構造を可視化することで、タンパク質の機能性や関連する病気の原因について新たな知見が得られます。

スプライスバリアントの例

ヒトのDNMT遺伝子の1つはがんに関連する特異的なスプライシングバリアントの一例です。DNMT遺伝子は3種類あるのですが、DNAにメチル基を付加する酵素をコードしており、この修飾はしばしば制御効果を持ちます。腫瘍やがん細胞株では、異常にスプライシングされたDNMT3BのmRNAがいくつか見つかっています。また、異常なmRNAの1つを持つ細胞は、異常がない細胞に比べて2倍の速さで成長したことから、このスプライシングバリアントにより生じるタンパクが腫瘍の発生に直接寄与していることが示されました。

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