イントロンとは：定義・RNAスプライシングと生物学的役割をわかりやすく解説
イントロンの定義からRNAスプライシングの仕組み、生物学的役割、発見の歴史や研究応用まで初心者向けにわかりやすく解説。
イントロンとは、遺伝子のノンコーディング配列のことで、転写によって生成される前駆（未成熟）RNAから除去される配列を指します。遺伝子の最終的なRNA産物を得るためにRNAスプライシングによって除去される遺伝子内の任意のヌクレオチド配列のことです。イントロンという用語は、遺伝子内のDNA配列とRNA転写物中の対応する配列の両方を指すことがあります。
エクソンとの関係
RNAスプライシング後に成熟したRNA（通常はmRNA）に残る配列がエクソンです。エクソンはしばしば最終的なポリペプチドのアミノ酸をコードしますが、すべてのエクソンがタンパク質をコードするわけではなく、UTR（非翻訳領域）を構成することもあります。
- イントロン：遺伝子のうちスプライシングで除去される部分。短く「非コード」または「廃棄される」配列と説明されることがあります。
- エクソン：発現している遺伝子のうち成熟RNAに残り、タンパク質のアミノ酸配列をコードする部分（あるいは翻訳に直接関与しない配列）。
RNAスプライシングの仕組み（概要）
多くの真核生物では、イントロンの除去はスプライセオソームという大型のリボヌクレオタンパク複合体によって行われます。スプライシングは2段階のトランスエステル化反応で進行し、重要な配列要素として5' スプライス部位（通常はGU）、分岐点（ブランチポイント）にあるアデニン、ポリピリミジン配列、3' スプライス部位（通常はAG）が関与します。これらの配列はイントロンの両端と内部で正確な切断と結合を行うために認識されます。
イントロンの種類
- スプライセオソーム依存イントロン（真核生物の核内イントロン）
- 自己スプライシングイントロン（グループI、グループII）：リボザイム活性を持ち、タンパク質を介さずに自己切断・結合を行うもの。
- ミトコンドリアや葉緑体に存在する特殊なイントロンなど
選択的スプライシング（Alternative splicing）と機能
同じ遺伝子から複数の成熟mRNA（＝複数のタンパク質アイソフォーム）を生み出すことができる現象を選択的スプライシングと呼びます。代表的な様式にはエクソンのスキッピング、相互排他的エクソン、イントロン保持、5'／3'スプライス部位の選択などがあります。これによってタンパク質の機能多様性が飛躍的に増し、複雑な発生過程や組織特異的発現などに寄与します。
生物学的役割と意義
- タンパク質バリエーションの創出：選択的スプライシングにより多様なタンパク質を生む。
- 転写と翻訳の制御：イントロンに存在する配列は転写効率やmRNAの安定性、輸送、局在を調節する場合がある（イントロン依存的強化〈intron-mediated enhancement〉など）。
- 調節因子や非コードRNAの供給源：イントロン内にマイクロRNA（miRNA）や小核RNA（snoRNA）などの遺伝子が埋め込まれていることがある。
- 品質管理と疾患：スプライシングの誤りは遺伝病や癌の原因になることがあり、イントロンの変異がβ-鎌状赤血球症やβサラセミアなどの病気に関連する例が知られています。
- 進化的役割：イントロンの挿入・喪失はタンパク質領域の再編や新機能獲得に関与することがある。
イントロンの分布と長さ
イントロンはほとんどの真核生物や多くのウイルスの遺伝子に存在しますが、存在頻度や長さは生物種によって大きく異なります。ヒトの遺伝子には多数のイントロンがあり、長さも数百〜数千塩基に及ぶことが多い一方、酵母などではイントロンが少なく短い傾向があります。原核生物（大腸菌などの多くの細菌）ではイントロンは稀ですが、自己スプライシングイントロンやモバイルイントロンが見つかることもあります。
発見と命名について
イントロンの存在は分子生物学のパラダイムを変え、1993年にフィリップ・シャープとリチャード・ロバーツがノーベル生理学・医学賞を受賞した理由の一つでもあります。イントロンという用語は、アメリカの生化学者ウォルター・ギルバートによって導入されました。
まとめ
イントロンは「コードしない部分」と単純に片付けられがちですが、スプライシングや選択的スプライシングを通じて遺伝子発現の多様化や調節、進化的変化に深く関与しています。イントロン配列やスプライシング機構の理解は、基礎生物学だけでなく、疾患の診断・治療法開発にも重要な知見をもたらします。
スプライソームは、転写されたpre-mRNAセグメント（上）からイントロンを除去します。これは「スプライシング」と呼ばれています。イントロンが取り除かれた後（下）、成熟したmRNA配列は翻訳の準備が整います。
生物学的な意味
イントロンについては未解明な点が多い。イントロンが何か特定の機能を果たしているのか、それとも寄生虫のように自己複製する利己的なDNAなのかは不明である。
最近の真核生物のゲノム全体の研究では、近縁種間でイントロンの長さや密度（イントロン／遺伝子）がかなり異なることがわかってきました。イントロンには4～5種類の種類がある。イントロンの中には、移動性遺伝要素（トランスポゾン）を表すものもある。
遺伝子内のイントロンの代替スプライシングにより、一つの遺伝子から様々なタンパク質のアイソフォームを生成することができます。このようにして、1つの遺伝子と1つの前駆体mRNA転写物から複数の関連するタンパク質を生成することができます。代替RNAスプライシングの制御は、シグナル分子の複雑なネットワークによって行われる。ヒトでは、2つ以上のエクソンを持つ遺伝子の95％が代替スプライシングされている。
質問と回答
Q:イントロンとは何ですか?
A:イントロンとは、遺伝子内の非コード配列で、RNAスプライシングによって取り除かれ、遺伝子の最終RNA産物となるものです。
Q:エクソンとは何ですか?
A: エクソンとは、RNAスプライシングによって最終的なRNAに結合され、最終的なポリペプチドのアミノ酸をコードするDNAの配列のことです。
Q: イントロンはどこにあるのですか?
A: イントロンは、タンパク質、リボソームRNA（rRNA）、トランスファーRNA（tRNA）を生成する遺伝子を含む、ほとんどの生物と多くのウイルスの遺伝子で見つけることができます。
Q:RNAスプライシングはいつ行われるのですか?
A: RNAスプライシングは、転写後、翻訳前に行われます。
Q:イントロンは何をしているのですか?
A: イントロンは、遺伝子の一部であり、機能しないビットである。
Q:エクソンとは何ですか?
A:エクソンは、タンパク質のアミノ酸配列をコードする、発現する遺伝子の一部分です。
Q:イントロンを発見したのは誰ですか?
A:イントロンの発見により、1993年にフィリップ・シャープとリチャード・ロバーツがノーベル生理学・医学賞を受賞しました。イントロンという言葉は、アメリカの生化学者ウォルター・ギルバートによって紹介されました。
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