このため余分な配列であるイントロンの除去を行わない限り、そのままでは正常なアミノ酸配列へと翻訳することができない。この過程は遺伝子自体であるDNAに変更を加えるものではなく、転写で合成した使い捨てのmRNA前駆体(pre-mRNA)に対して行われる。スプライシングは一次転写産物上のどこで行われるのか、すなわち生物はイントロンとエクソンをどのように区別するのかは、イントロンに見られる特徴的な配列から知ることができる。5'-スプライス部位と3'-スプライス部位はどちらもエクソンとイントロンの境界部分に存在し、それぞれイントロンの5'側末端と3'側末端に位置する。2つは、エクソンとスプライシングを分離する切断反応が起こるべき場所を示す。Pre-mRNAは真核生物にありふれた生命現象であり、イントロンのエレメントの具体的な塩基配列は生物種間で異なるが、それぞれ周辺に特徴的なある程度共通した塩基配列を持つ。5'-スプライス部位のGU、3'-スプライス部位のAG、分岐部位のAは最も高度に保存されている[1]。このため、このコンセンサス配列を持つ最も多いイントロンをGU-AGイントロンと呼ぶ。下図1に真核生物共通の、図4に哺乳類でのGU-AGイントロンの配列を示す[2]。図3.コンセンサス配列を含むGU-AGイントロンの構造。青がエクソン(exon)、黄がイントロン(intron)である。1.3'-スプライス部位。2.ポリピリミジン配列。図4.大文字はエクソン、小文字はイントロンを表す。核酸略号は塩基配列参照。このほか、イントロンは多数の種類がある。現在までに発見されている8種類とその存在場所を示す[3]。いう巨大な分子によって成し遂げられる。これはおよそ150個のタンパク質と5個のRNAからなる酵素複合体である[4]。通常の酵素とは異なり、機能の大部分はタンパク質でなくRNAが担う。ほとんどの真核生物では、核内低分子RNAはどれも100から300bp(塩基長)で、数個のタンパク質と複合体を作っている[4]。particle:snRNP(スナープ)と呼ぶ。スプライソソームにおけるsnRNPの構成はスプライシングの段階によって変わり、各段階でスプライソソームに就いたsnRNPがその時必要な独自の役割を果たす。その役割は大きく3つに分けられ、15'-スプライス部位や分岐部位の識別、2この2つの部位を近づける3RNAの決断と結合反応の触媒、または触媒の補助である[5]。snRNPは5'および3'スプライス部位のコンセンサス配列とほぼ相補的な配列を持ち、スプライシングの過程で2つは塩基対を形成する。スプライソソームと一次転写産物を十分な時間、接近させておく役割だといえる。snRNPは分岐部位と塩基対を形成する。U6とも相補的であり、どちらの塩基対もスプライシングに欠かせない。U2とU6との塩基対はヘリックスIという構造を構築する。U2の5'末端とU6の3'末端は相互作用してヘリックス2を形成する。この相互作用は酵母に必須ではないが、哺乳類では少なくとも高いスプライシング効率を維持するために必要である[6]。snRNA複合体U4とU6はステムIとステムIIの形成に関与する。U4はスプライシング反応に直接参加せず、U6と結合して適当な時期にスプライソソームから解離する。その役割は、U6がスプライシングに参加するまでの間にこれを保護することであると予想されている。ステムIを形成するためにU4と塩基対形成するU6の配列は、U2との重要な配列に必要でもある。U4の解離は、U6とU2の塩基対形成によるスプライソソームの活性化の合図かもしれない。snRNPはイントロン第二の反応を成功させるように、イントロン両側のエクソンと相互作用して接近させる。snRNPにはどのsnRNPともmRNA前駆体とも相補的な配列がない。SontheimerとSteitzの実験によると、第二スプライシング反応で5'末端から39-41番目にあるウリジンが、ラリアット構造とつながっているエクソン5'末端とイントロンから切り離されたエクソン3'末端の両ウリジンに結合するようである。これが接近を引き起こす。snRNPもまたU1と同様に5'-スプライス部位と塩基対形成をする。Steitzは、U6の普遍配列ACAGAGとイントロンの+4から+6にあるUGUとの間で行われると仮定し、塩基対はスプライシングの第一の反応前から第二の反応後まで存在することを示した[7]。snRNPの遺伝子はmRNA成熟後にも、スプライシング後に残存するタイプのイントロンによって分断されている。第一に5'側で、第二に3'側でエクソンとイントロンの境界部分が切断され、イントロンはmRNA前駆体から完全に切り離される。2番目の反応は分断されていたエクソンを結合させる。このため、反応が終わると一次転写産物にはエクソンだけが残る。第一の反応は、分岐部位の保存されたA塩基の2'炭素にあるOH(2'-OH)が5'-スプライス部位に保存されたGのリン酸基に対して行う求核攻撃である[1]。これは5価の亜リン酸中間体を経て進むSN2反応である[8]。求核攻撃の結果、5'側でエクソンとイントロンをつなげていたホスホジエステル結合が切れる。自由になったイントロンの5'末端が分岐部位のAと結合し、分岐部位の名前の通り、Aでは元来の2つの結合に加えて新しい結合を加えた三叉路になる。第二の反応は、遊離した5'側エクソンの3'-OHが3'-スプライス部位のリン酸基に対する求核攻撃である[9]。この反応で2つのことが起こる。最初の最も重要な結果は、分断されていた5'側と3'側のエクソンがつながることである。翻訳配列が実際に切り貼り(スプライシング)されるのはこの段階である。二番目に、一番目と同じ反応でイントロンはエクソンから完全に切り離される。図7.エステル転移反応の簡略図。図では炭素が攻撃されているが、スプライシングではリン酸基のリンが水酸基から求核攻撃を受ける。ここまでの説明では、あるエクソンの5'側末端はイントロンを挟んで隣接するエクソンの3'側と結合するとしてきた。いつもそうとは限らない。2つの例外があるが、1つ目は、エクソンが間のエクソンを飛ばしてはるか下流で結合する選択的スプライシングである。これについては#選択的スプライシングを参照せよ。別々のRNA上のエクソン同士が結合する。通常ほとんど起こらないが、トリパノソーマではほとんどのmRNAがトランススプライシングを受ける[4]。線虫でもすべてのmRNAが5'リーダー配列を付加されるためにトランススプライシングされ、さらに同一分子内でのスプライシングを受ける場合も多い[4]。トランススプライシングによって排出されるイントロンは、通常のラリアット構造ではなくY字型をしている[4]。snRNPがブランチ領域に取りつきスプライソソーム前躯体(A複合体)が形成される。SnRNPが結合してB複合体が形成される。SnRNPが分離してC複合体が形成され、mRMA前躯体がループ状の構造になる。スプライソソームが触媒するスプライシング反応について詳しく説明する。スプライソソームは転写されたmRNA前駆体の長大な一次構造の中からスプライス部位を正確に探し出さなければならない。snRNPが5'-スプライス部位と塩基対形成することで成し遂げられる。スプライソソームとmRNA前駆体は出合い、U2AFサブユニットの一つがPy反復に、もう一つが3'-スプライス部位に結合する。前者はBBPが分岐部位と結合できるよう促す。snRNPがBBPと入れ替わり分岐部位に結合する。いい、分岐部位が5'-スプライス部位とエステル転移反応する下地となる。snRNPと分岐部位との塩基対形成は分岐部位のAを一つ飛ばして形成され、そのAは二重らせんからはみ出すからである。この露出部分がスプライス反応第一段階で5'-スプライス部位と反応することになる[10]。3つは1つの粒子に集まってからスプライソソームと合流しており、その粒子の中でU4とU6は相補的なRNA部分で塩基対を成し、U5はほか2つとタンパク質間相互作用でゆるく結合している。B複合体編成後にU1はスプライソソームから離れ、代わりにU6が5'-スプライス部位を占める。再編成がスプライス反応の引き金を引く。その再編はU4が遊離し、U6がU2と塩基対形成することで成し遂げられる。ここまでで、U2とU6のRNA中に活性部位は現れ、mRNA前駆対中の基質部分が反応の進行に最適な場所に来ると考えられている[10]。5'-スプライス部位と分岐部位は近づき、最初のエステル転移反応が起こる。snRNPによって促される。それが終わればスプライソソームはラリアット構造とともに完成したmRNAから離れていく。snRNPはしばらくラリアット構造に結合したままだが、不要となったラリアット構造は急速に分解される。なると次の仕事のため新たな活動を始める。上記はGT-AG型イントロンの場合であるが、AT-AC型イントロンでは、U1、U2、U4、U6の代わりにU11、U12、U4atac、U6atacというsnRNPが使われる。スプライソソームがスプライシングの失敗を防ぐ機構[編集]スプライソソームが誤ったスプライシングをしないための仕組みはいくつかある。一つは、4回もの編成替えを経たうえでスプライソソームが正しく作られてから活性部位を用意することである。各段階が間違いなく完了しなければ本番の反応が起こらないようになっている。これにより、反応性の高い活性部位が基質以外を攻撃する心配はない。スプライシングにおける失敗のリスク要因はイントロンの長大さである。人の平均的な遺伝子には7個か8個のエクソンがあり、遺伝子によっては363個ものエクソンを持つものもある。エクソンは平均でたった150bpしかない。これに対し、イントロンは平均約3000bpもある[11]。80万bpに及ぶイントロンすらある。イントロンの海からsnRNPが独力で正しいスプライス部位を見つけ出すのは至難のことだろう。スプライス部位の識別には2種類の間違いが起きやすい[11]。5'-スプライス部位に結合した成分が直近の正しい3'-スプライス部位を見逃し、それより先の3'-スプライス部位と結合することである[12]。この問題は成熟mRNAからエクソンを消失させてしまう。塩基配列が似ている部位をスプライス部位と誤認してしまうことである[12]。スプライス部位としてのコンセンサス配列の制限が緩いことも間違いやすさに拍車をかけている。2つの問題を解決する方法はある。(生物学)するRNAポリメラーゼIIがスプライシングに関わる5'-スプライス部位識別成分も含んでいることである。これはポリメラーゼのC末端に便乗しており[13]、合成されたばかりの5'-スプライス部位に出会うとmRNA前駆体へ降り立つ。次に合成される3'-スプライス部位(に結合する別の成分)を待ち構える。して、3'-スプライス部位は下流の競合相手が現れるよりも先に正しい5'-スプライス部位と相互作用することができる。enhancer:ESEに結合する。SRタンパク質はスプライス装置と直接相互作用し、近くのスプライス部位に召集する。snRNPを5'-スプライス部位にあてがう[13]。したがって装置は、エクソンから離れた隠れたスプライス部位よりも、近くにある正しいスプライス部位をより大きな確実さで選ぶ。自己スプライシング型イントロン[編集]上記の核内mRNA前駆体のスプライシングは全ての真核生物で見られる一般的な生命現象であるが、まれにスプライソソームを必要としない自己スプライシング型イントロンも存在する。様式はグループIとグループIIの2つが確認されている。平均的な自己スプライシング型イントロンは400から1000bpであるとされる[14]。グループIIイントロンは核内mRNA前駆体と同様、分岐部位のA残基が5'-スプライス部位に反応して第一のエステル転移とラリアット形成が成される。そのため結果だけを見ればスプライソソームを介したスプライシング反応と変わらない。ラリアット構造が形成されたばかりの第二スプライシング反応前に、スプライシングに重要なドメインがmRNA前駆体内で形成される。ドメインIDは5'-スプライス部位と3'-スプライス部位を接近させる[15]。ドメインICは5'-スプライス部位とその上流部位との塩基対である。ドメインVはドメインIDとドメインVIの間で形成されるステムループである。そのドメインVIは分岐部位を含む部位と上流部位とのステムループである。グループIイントロンは核内mRNA前駆体とは異なり、分岐部位のA残基ではなく遊離のGヌクレオチドまたはヌクレオシドを用いる[16]。mRNAはGを捕まえて巧みに変形することで、Gの水酸基は5'-スプライス部位へと近づく。ラリアット構造形成と同じタイプのエステル転移反応でGは5'-スプライス部位に結合し、代わりに5'側エクソンの3'末端を切り離す。第二の反応は書くないmRNA前駆体と同様に遊離したエクソンの3'末端が3'側エクソンの5'末端を攻撃する。してスプライシング反応は終了するが、5'-スプライス部位の分岐部位への結合がないため、排出されるイントロンはラリアット構造にならない。このため、グループIイントロンのスプライシングは線状のイントロンが観測されるのが特徴である。グループIイントロンはグループIIのそれよりも小さく、特別な二次構造を持つ。それはエステル転移反応の主役となるリボース型のGヌクレオチドやヌクレオシドを化学結合で捕まえ、収容するポケットである[14]。このほか、エステル転移反応を補助する内部ガイド配列があることも知られている。この配列は、5'-スプライス部位と塩基対を形成することで、Gによる求核攻撃が正確に行われるようにするものである[14]。グループIもグループIIも、自己スプライシング型イントロンはスプライシング反応を成功させるために特定の構造に自身を正確に折りたたむ必要がある。このため、スプライソソームがある場合と異なり、イントロン内の配列の大部分が重大な意味を持つ。塩基配列同士の塩基対形成が高次構造を構築するからである。vitroで明らかになっている[14]。これは、RNAの折り畳みに必要な主鎖同士の接近による、主鎖中のリン酸の負電荷同士の反発を遮蔽により防ぐためである。vitroの研究から遮蔽タンパク質がなくとも、プラスイオンである塩が高濃度あればよいことが示さた[14]。選択的スプライシング[編集]ある1つのmRNA前駆体からいくつか異なった組み合わせのエクソンを持つmRNAが作られることがある。呼ばれ、ヒトの遺伝子の半数程度に見られるという見積もりもある。これに対し、ただ1通りのエクソンの組み合わせのみのmRNAが作られる反応は構成的スプライシングと呼ばれる。variant)が作られる。発生段階や組織など環境に応じて、時間的・空間的に選択的スプライシングを制御することによってスプライスバリアントを作り分けている例も知られている。遺伝子上には3つの塩基による配列(トリプレットコドンまたは単にコドン)があり、それはタンパク質の構造単位であるアミノ酸を一つ指定する。隣り合ったコドンは翻訳されると、各コドンのアミノ酸がその順番通りにペプチド結合したポリペプチドが合成される。遺伝子はいくつものコドンが並んだ構造になっているため、生物は遺伝子を選ぶことで合成するタンパク質の一次構造を指定できる。名付けたイントロンという名称が一般的である。ちなみに、エクソンも彼が命名した。厳密な意味では、エクソンとは完成された翻訳前のRNAに残された領域のことであり、アミノ酸を指定しているかどうかにかかわらない。マイクロRNAのような機能を持つRNAを発現させる領域などがある。いう別名があるが、今日ではあまり使われない。snRNAの必要性を示唆する。彼らはアデノウイルスのE1A遺伝子にある3つの5'-スプライス部位の一つを変異させ、スプライスの結果を確かめた。この遺伝子は正常ならば9S,12S,13Sの3つの成熟mRNAを生じさせる。変異させたのは12Sの5'-スプライス部位の+5と+6(イントロンの5'末端から5番目と6番目下流にある塩基)で、GGからAUに置換された。これはU1との塩基対強度を弱める。結果、12Sでのスプライシングは阻害され、代わりに9Sと13Sではスプライシングが促進されることが確認された。次に塩基対形成を復活させる代償変異を与えたところ、12Sのスプライシング機能が回復することも示された。ZhuangとWeinerはまた13Sの5'-スプライス部位を変異させた後、U1の相補塩基対を代償変異させる実験も行った。mRNA前駆体とU1との間の塩基対形成は復活したものの、13Sの成熟mRNAは産生されなかった。この結果は、U1との塩基対形成はスプライシングに必須であるものの、それだけでは十分でないことを意味する。SRとは、セリン(S)とアルギニン(R)のこと。遺伝子の分子生物学第6版』、p431)。種類は様々で、生理的信号(ホルモン)によって制御されるもの、それに頼らず常に活性を持つもの、ある種の細胞でしか発現しないタイプがある。「触媒する」と表現したが、自己スプライシング型イントロンはRNA加工を1回しか行えないので、何度も同じ反応を繰り返し行える酵素とは厳密に異なる。(1674年)ナポレオン・ボナパルトがフランス第一執政に就任(1800年)ウィリアム・スミスがサウス・シェトランド諸島を発見(1819年)トーマス・エジソンがレコードプレーヤー(フォノグラフ)の特許を取得(1878年)ペドロ・ラスクラインがメキシコ大統領に就任、1時間内に辞任(1913年)アメリカ在住の日系人が強制収容所に収監(1942年)太平洋戦争:硫黄島の戦い(1945年)ソビエト連邦が宇宙ステーション「ミール」を打ち上げ(1986年)2001マーズ・オデッセイが火星観測を開始(2002年)もっと見る閉じる「Pre-mRNAスプライシング」のQ&APreタグ内URLからリンクは張れるか。