スプライソソーム：pre-mRNAスプライシングを担う細胞内装置

組成と構造

主要スプライソソームは、U1、U2、U4、U5、U6と名付けられた5種類の低分子核内リボヌクレオタンパク質粒子（snRNP）から構成される。各snRNPは低分子核内RNA（snRNA）と複数の結合タンパク質を含む。この装置全体には50種類を超えるタンパク質成分に加え、多数の一過性コファクターが含まれる。RNA成分は配列認識のためのガイドとして働き、触媒作用にも直接関与する。RNAを参照。タンパク質サブユニットは、構造的支持、制御、および酵素活性を担う。タンパク質を参照。

組み立てと機構

スプライソソームの組み立ては、各イントロン上で段階的に進行する。初期のスプライス部位認識に続き、snRNPと多数のタンパク質因子が順序立ててリクルートされ、一般にE、A、B、Cと呼ばれる複合体が形成される。認識は、5′スプライス部位、分岐点アデニン、ポリピリミジン・トラクト、3′スプライス部位などの保存された配列要素に依存する。snRNAとpre-mRNAの塩基対形成、およびヘリカーゼが媒介するATP依存的な再編成によって、反応に必要な基が適切に配置されるよう構造変化が促進される。

触媒作用と化学

触媒コアでは、連続する2段階のトランスエステル化反応が行われる。第1段階では、分岐点のアデノシンが5′スプライス部位を攻撃し、投げ縄状の中間体を生じる。第2段階では、上流エクソンの遊離した3′末端が下流側のスプライス部位を攻撃し、イントロンのラリアットを放出するとともにエクソンを結合する。RNAに富む活性部位は、自己スプライシングを行うグループIIイントロンと機能的な類似性を示す。構造研究により、触媒中心を安定化するRNA-RNA間およびRNA-タンパク質間の相互作用が明らかにされている。

選択的スプライソソームとマイナースプライソソーム

選択的スプライシングでは、スプライス部位の選択、エクソンの取り込み、またはイントロン保持を変化させることにより、単一の遺伝子から複数のmRNAアイソフォームが生成される。これはプロテオームの多様性を拡大し、組織特異的な制御を可能にする。マイナースプライソソームと呼ばれる、異なる比較的まれな装置は、まれな種類のイントロンを認識する。U11やU12など、関連するが異なるsnRNAを用いて、U12型イントロンのスプライシングを触媒する。

制御、疾患、研究

スプライシングはRNA内の配列要素と、スプライス部位の利用を促進または抑制する多数の制御タンパク質によって調節される。スプライシングシグナルまたはスプライソソーム構成要素を損なう変異は、遺伝性疾患の原因となり得るほか、遺伝子発現の変化や有害なタンパク質バリアントの産生を通じて、がんに寄与することがある。スプライシングを調節する治療的手法には、アンチセンスオリゴヌクレオチドや低分子化合物が含まれる。クライオ電子顕微鏡法やハイスループットシーケンシングを含む構造学的・生化学的手法は、スプライソソームの動態と機能についての理解を継続的に深めている。

背景と資料

イントロンとスプライソソームの発見は、分子生物学を根本的に変えた。関連概念の導入としては、転写されたRNAに関する資料、イントロンの一般的な解説、ならびに低分子核内粒子およびリボヌクレオタンパク質複合体の概要を参照。さらに専門的な総説や教科書では、スプライシングの機構的詳細と、拡大し続ける生物医学的意義が論じられている。