蛋白質核酸酵素:選択的スプライシングの巧妙さとその破綻 : 神経難病

Review
選択的スプライシングの巧妙さとその破綻
神経難病発症に関連する異常スプライシング
今泉和則
ひとつの遺伝子 か ら多種類の蛋白質を生 じる ことによ り,ヒ トではすべての遺伝子の数 よ りも
はるかに多 い20万 種類以上の蛋白質がつ くり出され ている.こ の多様性を生み出す駆動力 は,
mRNAの
選択的スプライシングである.と ころが,本 来 は精密であ るべ き選択 的スプライシン
グに異常が生 じた場合,機 能を欠いた蛋 白質 あるいは細胞傷害 性の異常蛋白質が産生 され,と
きと して疾患発症 に結 びつ く.本 稿 では,巧 妙 に制御 されたス プライシングの分子機構 と,そ
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れ が破綻 したときに生 じる神経疾患の発症機序 について紹介する.
ス プライ シングSR蛋
白質
は じめ に
神経疾患RNA
イ シ ン グ を 含 め た転 写 後 調 節 に破 綻 が 生 じた場 合,機
詳 細 な ゲ ノ ム 解 析 に よ り,ヒ
ト遺 伝 子 の 総 数 は 約
22.000個 で あ る こ とが 判 明 し た.こ
れ は 当初 の 予 想 よ
能
を欠 い た蛋 白質 や細 胞傷 害 を もた らす蛋 白質が 産 生 さ
れ,種
々 の 疾 患 発 症 に 結 び つ くこ とが あ る こ と も,遺 伝
りもか な り少 な く,シ
ョウ ジ ョ ウバ エ と同 じ ぐ らい の 遺
学 の 発 展 が 後 押 し とな って 徐 々 に理 解 され る よ う に な っ
伝 子 数 に と どま る.こ
こか ら翻 訳 に よ りつ く り出 され る
て き た.RNA情
報 発 現 系 の 異 常 に 伴 う疾 患 の 分 子 機 構
が 解 明 で きれ ば,さ
ま ざ ま な難 病 の 治療 法 開発 に つ な が
ら多 種 類 の 蛋 白 質 を生 じ る こ とで,全 遺 伝 子 数 よ りも は
る と と も に,RNA機
能 が 高 次 生 命現 象 に 果 た す 役 割 の
る か に 多 い,多 種 多 様 の 蛋 白 質 が つ く り出 さ れ て い る.
解 明 も可 能 に な る.
蛋 白質 は20万 種 あ ま り と考 え ら れ,ひ
とつ の 遺 伝 子 か
こ の 多 様 性 を 生 み 出 す 駆 動 力 が,mRNAの
選択 的 ス プ
ラ イ シ ング にあ る こ とは い う ま で も ない.正
発 現 の た め の 成 熟mRNAの
しい 蛋 白 質
合 成 に は,遺 伝 子 に 散 在 す
る エ キ ソ ンが 正 確 に 選 択 され,そ
れ を分 断す る,は る か
本 稿 で は,転
写 後 調 節 の う ち,成 熟mRNA発
現の多
様 性 を決 定 す る ス プ ラ イ シ ン グ を ク ロ ー ズ ア ップ し,そ
の 制 御 機 構 の 詳 細 と,そ れ が 破 綻 した と き に生 じ る神 経
難 病 の 発 症 機 構 につ い て 紹 介 す る.
に 長 い イ ン トロ ン を取 り除 くス プ ラ イ シ ング機 構 が精 密
に稼 動 しな け れ ば な らな い.ま
え て,mRNAの
安 定 化,細
へ の 翻 訳 過 程 が 連 動 し,そ
た,ス
プ ラ イ シ ング に 加
胞 内 輸 送,さ
れ ぞ れ の ス テ ップ が 相 互 に
ネ ッ トワー ク を形 成 して 機 能 的RNAお
よ び蛋 白 質 合 成
が 行 な わ れ て い る こ と も最 近 で は わ か っ て きて い る.
こ れ らRNA自
身,あ
Ⅰ,スプ ライ シ ング制 御 の巧妙 さ
らには蛋 白質
る い はRNA情
的 ・空 間 的 な ネ ッ トワ ー クの 解 析 は,ポ
遺 伝 子 か ら前 駆 体mRNAが
転 写 さ れ た の ち,イ
ロ ンを 取 り除 き,前 後 の エ キ ソ ン ど う し を結 合 す る反 応
報発現 系 の時 間
をmRNAス
プ ラ イ シ ン グ と い う.1種 類 の 遺 伝 子 か ら
一 定 の ス プ ラ イ シ ン グ に よ り1種 類 のmRNAが
産生さ
ス トゲ ノ ム時 代
れ る場 合 を恒 常 的 ス プ ラ イ シ ン グ,エ キ ソ ンが 選 択 さ れ
の研 究 と して 脚 光 を 浴 び,現 在,爆 発 的 に拡 大 して きて
て 複 数 の タ イ プ のmRNAが
い る.RNAワ
プ ラ イ シ ン グ と よ ん で い る.イ
ー ル ドの 新 しい 展 開 は 分 子 ・細 胞 レベ ル
に と ど ま らず,高
330
次 生 命 現 象 に も拡 大 して い る.ス プ ラ
Kazunori
Imaizumi,宮
Molecular
mechanisms
産 生 され る場 合 を 選 択 的 ス
splicing
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
in neurological
ン トロ ン の 平 均 鎖 長 が
3,365塩 基 で あ る の に 対 し,エ キ ソ ン は平 均145塩
崎 大 学 医 学 部 解 剖 学 講 座 分 子 細 胞 生 物 学 分 野E-mail:[email protected]
of aberrant
ント
disorders
基と
で あ り,そ
れ らが ス プ ラ イ ス 部 位 認 識 シグ ナ ル と して 機
能 し て い る こ と も わ か っ て い る.デ
ー タベ ー ス を用 い た
統 計 学 的 解 析 に よ り明 らか と な っ た,ヒ
ト遺 伝 子 の ス プ
ラ イ ス 部 位 お よ び ブ ラ ンチ 部 位 周 辺 に お け る 塩 基 配 列 の
保 存 性 を,図1aに
示 し た2).出
芽 酵 母 で は,ス
プ ライ
ス 部 位 お よび ブ ラ ンチ 部 位 の共 通 配 列 が 厳 密 に 保 存 さ れ
て い る が,脊
椎 動 物 の 場 合,GT-AG則
比 較 的 低 く,と
以 外 の保 存 性 は
く に ブ ラ ン チ 部 位 の 保 存 性 は 低 くな っ て
い る.
ス プ ラ イ シ ン グ 反 応 は,図1bに
とMg2+を
必 要 と す る2段
る3).反
応 の 第1段
階の 反 応 に よっ て行 な われ
階 で は,5'ス
が 起 こ る と 同 時 に,切
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の と き,切
ン酸 ジ エ ス テ ル 結 合 を
り 出 さ れ た5'側
ン ト ロ ン と3'側
エ キ ソ ン,お
エ キ ソ ンか ら な る投 げ 縄 構 造
を も っ た 反 応 中 間 体 が 形 成 さ れ る.第2段
階 で は,投
縄 構 造 を と っ て い る イ ン トロ ン が 切 り 出 さ れ,そ
図1ス
プ ラ イ シ ン グ 信 号 配 列 の 保 存 性 とmRNAス
プ ライ
シ ング反応
時 に,前
ス プ ラ イ シ ン グ は,細
ム と よ ば れ る 複 合 体 の 中 で 進 行 す る4∼6).ス
ー ムを構成 す るの は
列)．1,683種 の ヒ トゲ ノム イ ン トロ ン 配 列 の 調 査 か ら,そ れ ぞ れ
の部 位 で の 出 現 頻度 を 文 字 の 大 き さ に 対 応 さ せ て 描 い てあ る,縦
RNA;snRNA)を
線 はエ キ ソ ン-イ ン トロ ン の境 界 部 を示 す ．
nuclear
ア
文 献2よ
り改 変,許 可 を得 て 転 載]
(b)mRNAス
プ ラ イ シ ン グ 反 応 はATPとMg2+を
必 要 と す る.
第1段 階 で イ ン トロ ン の 投 げ 縄 構 造 が 形 成 さ れ た の ち,第2段
階
でイ ン トロ ンが 切 り出 され る.
き わ め て 短 い.細
に 認 識 し,エ
胞 は,こ
の 長 い イ ン トロ ン領域 をい か
キ ソ ン だ け を 結 び つ け て い る の だ ろ う か?
,核
含 む 蛋 白 質 一RNA複
6-snRNPな
ど が あ る)と,RNA成
塩 基 対 合 を 形 成 し 単 一 のsnRNPに
れ る.snRNPと
蛋 白 質 因 子 は,snRNPど
mRNAと
のRNA-RNA結
合(snRNAと
白 質 結 合,蛋
ら,適
母や植 物か ら
脊 椎 動 物 に い た る まで,真 核 生 物 の細 胞 種 を こえ て保 存
う しや 前 駆 体
前 駆 体mRNA
白 質 問 結 合 な ど,複
雑 な相
駆 体 の構 造 を変 化 させ なが
切 に ス プ ラ イ ス部 位 を切 断 しエ キ ソ ン部 分 の 再 結
い て は,他
は,酵
含 ま
の ス プ ラ イ ス 部 位 あ る い は ブ ラ ンチ 部 位 に お け る 結
合 を 行 な っ て い く(図2)7).な
が わ か っ て い る1).こ のGT-AG則
類
う ち,U4-snRNA
とU6-snRNAは
は,5'側 は 必 ずGTで
終 わ るこ と
分 を 含 ま な い50種
以 上 の 蛋 白 質 因 子 群 で あ る.snRNAの
イ ン トロ ン と エ キ ソ ン の 境 目(ス プ ラ イ ス 部 位)の 配 列
始 ま り,3'側 はAGで
合 体snRNP(small
particle,U1,U2,U5,U4/U
互 作 用 を 介 し てmRNA前
遺 伝 子 配 列 に お け る ス プ ラ イ シ ン グの 規 則 性 と して,
プ ライ ソ ソ
内 低 分 子RNA(smallnuclear
ribonucleoprotein
合),RNA-蛋
1.恒 常 的 スプ ライ シン グ
れ と同
胞 核 内 に お いて ス プ ラ イ ソ ソ ー
位,Yは
くり返 し配
げ
後 の エ キ ソ ン の 再 結 合 反 応 が 行 な わ れ る.
(a)エ キ ソ ン-イ ン トロ ン結 合 部 と プ ラ ン チ 部 位 に お け る塩 基 配 列
の 保 存性 を示 す.青:保
存 性 の 高 い 配 列 、オ レン ジ:ブ ラ ン チ 部
ポ リ ピ リ ミ ジ ン トラ ク ト(Cあ る い はUの
端 の
ラ ンチ 部 位 の ア デ ノ シ ン残 基
の あ い だ で2'-5'リ
形 成 す る.こ
よ び,イ
プ ライス部 位 での切 断
断 さ れ た イ ン ト ロ ン の5'末
グ ァ ノ シ ン 残 基(G)が,ブ
(A)の2'OHと
示 す よ う に,ATP
お,各snRNPの
役 割 につ
書 を 参 考 に さ れ た い8).
2-選 択 的 スプ ライ シング
され てお り,ス プ ラ イ シ ン グが 普 遍 的 な メ カ ニ ズ ム で 制
Alス プライス部位 選択の制御機構
御 され て い る こ とが わ か る.こ れ に 加 え て,イ
選 択 的 ス プ ラ イ シ ン グ と は,複 数 の イ ン トロ ンを もつ
ン トロ ン
の 両 端 付 近 と イ ン トロ ン 内 部 の3'ス プ ラ イ ス 部 位 近 傍
前 駆 体mRNAが
に存 在 す る ブ ラ ンチ 部 位 周 辺 は比 較 的 保 存 性 の高 い領 域
こ と に よ っ て,1個
異 なる様式 のス プ ライシ ングを受 け る
蛋 白質
の 遺 伝 子 か ら複 数種 のmRNAが
核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
産
331
図2ス
プ ラ イ ソ ソ-ム
中 にお け る
スプ ライ シ ング の進行
前 駆 体mRNA上
SR蛋
にsnRNPsお
よ び
白 質 な どの ス プ ラ イ シ ン グ 必須 因
子 が直 接 ある い は 間接 に結 合 し,順 次,
複 合 体 成 分を 変 化 さ せ な が らス プラ イ シ
ン グ反 応 が進 む.
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[文献7よ り改 変 して 転 載]
生 さ れ る こ と を い う.上 述 した よ う に,脊 椎 動 物 に お け
認 識 さ れ,ス
る ス プ ラ イス 部 位 や ブ ラ ンチ部 位 の保 存 性 は 高 くな い.
ス プ ラ イ ス 部 位 に 近 接 し た エ キ ソ ン 内 あ る い は イ ン トロ
そ の た め,ス
ン 内 に,ス
プ ラ イ シ ング の信 号 配 列 の 選 択 に 自由 度 が
プ ラ イ シ ン グ を 受 け る こ と が 多 い.こ
れ は,
プ ラ イ シ ン グ を促 進 す る ス プ ラ イ シ ン グエ ン
生 ま れ,選 択 的 ス プ ラ イ シ ング が可 能 に な る.選 択 的 ス
ハ ンサ ー と よ ばれ る特 殊 な 信 号 配列 が 存 在 して い る ため
プ ラ イ シ ン グ に よ る エ キ ソ ン選 択 は,ど
で あ る.エ
の5'ス プ ラ イ
キ ソ ン 内 に あ る ス プ ラ イ シ ン グ エ ンハ ンサ
ス 部 位 と ど の3'ス プ ラ イ ス 部 位 を 選 択 す る か と い う組
ー(exonic
合 せ に よ っ て 決 定 され る.両 ス プ ラ イ ス 部 位 の 選 択 は,
に 富 ん だ 配 列 を も っ て お り,そ
Ul-snRNPの5'ス
る 一 群 のRNA結
プ ラ イ ス 部 位 へ の 結 合 とU2-snRNP
splicing enhancer;ESE)の
snRNPあ
ラ イ シ ング 複 合 体 に よっ て 決 ま る.ス プ ラ イ ス部 位 の 配
結 合 を 助 け,ス
列 の 違 い に よ っ てUTsnRNPの
い る2,9,10)(図3a).ま
的 に,ス
プ ラ イ ス 部 位 認 識 の “強 さ ”に 違 い が 生 じ る.
そ の 結 果,あ
る ス プ ラ イ ス 部 位 は選 択 され ず,別
のス プ
こ にSR蛋
白 質 と よば れ
合 蛋 白 質 が 結 合 す る.こ
の ブ ラ ンチ 部 位 へ の結 合 に よ っ て形 成 され る,初 期 ス プ
結 合 効 率 が 変 化 し,結 果
多 くは プ リ ン残 基
る い はU2-snRNPの
れ がU1-
ス プ ラ イス部 位へ の弱 い
プ ラ イ シ ン グ を 促 進 す る こ とが 知 ら れ て
た 逆 に,ス
プ ラ イ シ ングを抑制 す
る よ うな信 号 配 列 ス プ ラ イ シ ン グサ イ レ ンサ ー もエ キ ソ
ン 内 に は 見 い だ さ れ て お り,こ
れ をexonicsplicingsi-
ラ イ ス 部 位 だ け が 選 択 され,選 択 的 ス プ ラ イ シ ング が 起
lencer(ESS)と
こ る の で あ る.
に ス プ ラ イ シ ン グ サ イ レ ン サ ー(intronicsplicingsi-
しか し実 際 は,ス
プ ラ イ ス 部 位 の 配 列 が コ ン セ ンサ ス
配 列 と はか な り異 な る 配 列 を有 す る もの がU-snRNPに
332
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
lencer;ISS)が
よ ぶ2).さ
あ り,ESEの
ン 選 択 を 制 御 し て い る.
ら に,イ
ン トロ ン内 に も同様
働 きに 影 響 を与 え て エ キ ソ
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図3ESE依
存 性 ス プ ラ イ シ ン グ の モ デ ル とSR蛋
(a)SR蛋
白質 はRRMを
い はUl-70Kと
介 してESE配
U2AF65は
メ イ ン を 介 して ス プ ラ イ シ ン グ因 子 で あ るU2AF35お
ス プ ラ イ ス部 位 近 傍 で 結 合 す る(青 矢 印).U2AFはU2AF35とU2AF65の2つ
サ ブユ ニ ッ トで あ るU2AF65が3'ス
U2-snRNPの
白 質の構 造
列 に結 合 し,そ れ と 同時 にRSド
よ び/あ る
の サ ブ ユ ニ ッ トか らな り,そ の うち の ラ ー ジ
プ ライ ス部 位 近 傍の ポ リ ピ リミ ジ ン トラ ク ト(YRYYRY:ピ-リ
ミ ジ ンの く り 返 し配 列)に 直 接 結 合 して
プ ラ ン チ部 位 へ の結 合 を 促 進 する,ポ リ ピ リミジ ン トラ ク ト中 に は プ リン塩 基 が混 在 し,3'ス プ ラ イ ス 部 位 が 弱 い 場 合 で も
こ の 部 位 に 結 合 で き る の で,弱 い3'ス プラ イ ス 部 位 を も つ遺 伝 子 の ス プ ラ イ シ ン グ に はU2AF65が
5'スプ ラ イ ス部 位 にU1-snRNAの
塩 基 対 形 成 に よ り結 合 す る,U1-70KはU1-snRNPの
化 因子 の ひ とつ で あ るSRml60がUl-snRNPやU2-snRNPと
必 須 で あ る.U1-snRNPは
コ ン ポIネ ン トで あ る 、ス プ ラ イ シ ン グの 活 性
相 互 作 用(黒 矢 印)し,ス
プ ライ シ ン グ を活 性化 す る こと も あ る.
[文献2よ り改 変 して 転載]
(b)SR蛋
白 質(左)お よびSR関
連蛋 白質 の ドメイ ン構 造(右),SR蛋
形RNA認
識 モ チ-フ)]がN末
端 側 に 存在 し,ア ル ギ ニ ン/セ リンの く り返 し配 列(RSド
ル,RSド
メイ ン を も つ が構 造 的 にも機 能 的 に も異 な る も の がSR関
と セ リン リ ッチ モ チ ー フ(Ser),そ
[文献9お よび11よ
B．SR蛋
ESEに
識 モ チ ー フ[RRMお
メ イ ン)がC末
連 蛋 白 質 で あ る1SRm160は,機
白 質 の 構 造 と機 能
チー フ
有 す る.
させ ス プ ラ イ シ ング を活 性 化 させ る,さ
結 合 し て ス プ ラ イ シ ン グ を 促 進 す るSR蛋
な い し2個
示 し た9・11).こ れ ま で に10種
白質
類 のSR
のRNA認
造 上 の 特 徴 と し て,N末
端
お い て は,U4/U6-snRNPお
また,ESEに
結 合 したSR蛋
活 性 化 因 子 と して 働 くSR関
メ イ ン を も つ.RRMモ
知 られ て い る.SR蛋
チ ー フ はRNAと
の 結 合 に,RS
ドメ イ ン は 蛋 白 質 相 互 作 用 に 関 与 し て い る.ま
た,こ
白 質 に よ く似 た 構 造 を も つ 蛋 白 質 と し て,SR関
れ ら は,U1-snRNPの5'ス
部 位 へ の 結 合 お よ びU2-snRNPの
合 を 促 進 す る こ と に よ り,初
よ びU5-snRNPの
スプライ
白 質 と ス プ ラ イ ソ ソー ム の
構 成 成 分 との 橋 渡 しを 行 な う こ と で,ス
識 モ チ ー フ(RRM),C末
らに 後 期 過 程 に
ソ ソー ム へ の リク ルー トを促 進 す る機 能 も知 られ て い る.
端 側 に ア ル ギ ニ ン 残 基 と セ リ ン 残 基 を 豊 富 に 含 むRSド
蛋 白 質 が あ る.こ
ン クナ ッ ク
能 がわ か って い な いPWIモ
して,セ リン,ア ルギ ニ ン お よび プ ロ リン リ ッチ モ チー フ(SRP)を
蛋 白 質 が 報 告 さ れ て い る.構
SR蛋
よび ΨRRM(変
端 側 に あ る.Zn:ジ
り改 変 して 転 載]
の 構 造 を,図3bに
側 に1個
白 質 は1個 な い し2個 のRNA認
プ ラ イ シ ング の
連 蛋 白 質(SRm160/300)も
白 質 お よ びSR関
連 蛋 白 質 と も に,
の
RSド
連
ン酸 化 酵 素 に よ っ て リ ン酸 化 さ れ る 必 要 が あ る.SR蛋
プ ラ イス
ブ ラ ンチ 部 位 へ の 結
期 ス プ ラ イ ソ ソー ム を形 成
メ イ ンが 蛋 白質 問 結 合 に作 用 す る に は,特 定 の リ
白 質 は 恒 常 的 ス プ ラ イ シ ン グ に 必 要 で あ り(一 部 のSR
蛋 白 質 は 必 須),選
択的 スプ ライ シ ングにお いて は スプ
ラ イ シ ング 部 位 の 選 択 の調 節 を して い る.後 述 す る が,
蛋 白 質 核 酸 酵素Vol.50No.4(2005)
333
図4ス
プ ラ イ シ ン グの 抑 制 機 構 モ
デル
(a)直 接競 合:ESEとESSが
オIバ ー
ラ ッ プ して 前 駆 体mRNA上
に存 在 する
場 合,促 進 因 子(SR蛋
因 子(hnRNPな
白 質な ど)と抑 制
ど)が 競合 して,そ れ ぞ
れ の 機 能 に 影 響 を 与 え る 、促 進 因 子 の
ESEへ
の 結 合 が 強 い か あ る い は濃 度 が
高 い 場 合 は,そ の エ キ ソ ンが 含 まれ るス
プラ イ シ ン グが 起 こ り,逆 に,抑 制 因子
の 効 果 が勝 る場 合,エ キ ソン はス キ ップ
さ れ る.
(b)エ キ ソン ルー プ:エ キ ソ ン の両 側 の
イ ン トロ ン に 存 在 す る1$SにhnRNP
な どのスプライ シ ング抑制因子 が結合
し,さ らに抑 制 因 子 ど う しが相 互 作用 を
す る こ と で エ キ ソ ン を ル ー プ ア ウ トす
る.
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(c)核 化 と 協 調 的 結 合:ESSに
結合 し
た 抑 制 因子 が 前駆 体mRNA上
で多数結
合 す る こ と に よ っ て,ESEを
マスキン
グ す る.
[文献2よ り改 変 して転 載]
ESE配
列 に点 突 然 変 異 が 起 こ る とSR蛋
白 質 がESE配
ル ー プ),(3)抑
制 因 子 が 多 数 結 合 す る こ と に よ るESE
列 に結 合 で き な くな り,ス プ ラ イ シ ン グ障 害 で 疾 患 が 発
配 列 の マ ス キ ン グ(核 化 と協 調 的 結 合),の3つ
症 す る ケ ー ス も少 な くな い.
れ て い る(図4)2).
C.ス
が提 唱 さ
プ ラ イ シ ン グ サ イ レ ンサ ー
サ イ レ ン サ ー に つ い て は,エ
ン ハ ン サ ー(ESE)に
る と あ ま り く わ し く解 析 さ れ て い な い.し
比べ
き は,3つ
の エ キ ソ ンが 連 結 した 真 ん 中 の エ キ ソ ン に ヒ
トDNA断
片 を ラ ン ダム に挿 入 させ た ミニ ジ ー ン をつ く
る と,約1/3のDNA断
片 は ス プ ラ イ シ ン グ に 対 して 阻
害 的 に 働 く と い う こ と で あ る.つ
Ⅱ.ス プ ライ シ ング の破 綻 と疾患
か し注 目 す べ
ま り こ れ は,遺
伝子 配
1.ス プライシング異常と遺伝性疾患
ヒ ト遺 伝 性 疾 患 に お け る 点 突 然 変 異 の う ち,約15%
が ス プ ライ シ ン グ異 常 に よ る もの と見 積 も られ て い る12),
列 中 に ス プ ラ イ シ ン グ を抑 制 させ る サ イ レ ンサ ー が 多 数
こ の よ う な ス プ ラ イ シ ン グ異 常 を もた らす 変 異 は ス プ ラ
組 み 込 ま れ て い る こ と を 示 唆 す る.サ
イ ス 部 位 の コ ンセ ンサ ス 配 列 に集 中 して お り,変 異 配 列
イ レ ン シ ン グの 機
序 に つ い て 比 較 的 よ く調 べ ら れ て い る の は,イ
上 の サ イ レ ンサ ー ⅡSSで,ご
上 の サ イ レ ン サ ーESSの
く一 部 で は あ る が エ キ ソ ン
存 在 も わ か っ て き て い る.サ
イ レ ン サ ー 配 列 に はhnRNP(heterogenous
nucleoprotein)蛋
し 複 数 のRNA結
在,ス
nuclear
ribo-
白質 群 な どが 結 合 す る こ とで ス プ ラ イ
シ ン グ を 負 に 制 御 し て い る.hnRNP蛋
す る.現
ン トロ ン
白 質 は1個
合 ド メ イ ン を も ち,RNAと
な い
直接 結 合
プ ラ イ シ ング の抑 制 機 構 と し て考 え られ
て い る モ デ ル と し て,(1)ESEとESSが
近接 してい る
の 近傍 の エ キ ソ ン を ス キ ッ プ させ る.ま
た,ま れ な ケ ー
ス で あ るが,変 異 に よ っ て新 た に異 所 性 の ス プ ラ イ ス 部
位(cryptic splice site,隠 れ た ス プ ラ イ ス 部 位)が 形成 さ
れ,そ の 部 分 で ス プ ラ イ シ ン グ を受 け て 本 来 の構 造 とは
異 な っ たmRNAが
産 生 さ れ て し ま う ご と もあ る.現 在
の と こ ろ,点 変 異 が も た らすmRNAあ
る い は コ ー ドさ
れ る蛋 白質 へ の 影 響 は,通 常,遺 伝 子 配 列 に基 づ い て 予
想 され,翻
が,そ
訳 され る蛋 白 質 の 変 異 が 問 題 視 さ れ て い る
の 変 異 がmRNAの
発 現 レベ ル や ス プ ラ イ シ ン グ
エ キ ソ ン で ス プ ラ イ シ ン グ 促 進 因 子 と抑 制 因 子 が 競 合 す
パ ター ンに ど う影 響 を与 え て い るか に つ い て は,実 験 的
る(直 接 競 合),(2)ISSに
に は ほ とん ど調 べ られ て い な い.し
互 作 用 に よ り,エ
334
結 合 した 抑 制 因 子 ど う しの 相
キ ソ ン を ル ー プ ア ウ トす る(エ キ ソ ン
蛋 白質 核 酸 酵素Vol.50No.4(2005)
た が っ て,ス プ ラ イ
ス 部 位 の 変 異 は ス プ ラ イ シ ン グ に影 響 を与 え て い る こ と
は 容 易 に予 想 さ れ て も,コ ー デ ィ ン グ領 域 にお け る変 異
択 的 ス プ ラ イ シ ン グ に よ る3つ
に 関 し て は,ミ ス セ ンス 変 異,ナ ンセ ン ス変 異 と して コ
ー ドす る蛋 白 質 の構 造 変 化 を起 こ し
,病 気 に至 る もの と
2,エ
白 質 はC末
端 側
考 え られ が ち で あ る.ま
の く り 返 し 配 列 領 域 に よ っ て 微 小 管 と 結 合 す る.微
小管
た,サ
イ レ ン ト変 異 は,遺 伝 子
多 型 と して分 類 さ れ て し ま うの が 一 般 的 で あ る.
しか し実 際 は,エ
キ ソ ン部分 に起 こる点突 然 変異 で
の も の(3リ
tau)と4つ
あ り,こ
の も の(4リ
る こ とに よ り正 常 な ス プ ラ イ シ ン グが 起 こ らず,そ の 結
お い て4リ
果,異 常 蛋 白 質 が 翻 訳 され る こ と も多 い.た とえ ば,ESE
3リ ピ ー トtauよ
神経
挿 入 の 有 無 に よ っ て,6
と 結 合 す る く り 返 し 配 列 に は,3つ
エ キ ソ ン10の
質 が 産生 され る ケ ー スが そ れ に あ た る.最 近,I型
キ ソ ン10)の
種 の ア イ ソ フ ォ ー ム が 発 現 す る.tau蛋
は,ス プ ラ イ シ ン グ の 調 節 に 必 要 な シ ス 配列 が破 壊 され
に変 異 が 起 こ る こ と で エ キ ソ ンが ス キ ップ し,変 異 蛋 白
ピ ー トtau)が
挿 入 の 有 無 に よ る(図5a).通
ピ ー トtauは
す べ て のtauの
ピー ト
の違 い は
常,成
う ち3割
り微 小 管 重 合 能 が2.5∼3倍
人 に
程 度 で,
程 度 高 い.
前 頭 側 頭 型 痴 呆 症 の 遺 伝 子 変 異 は こ れ ま で に10種
以 上 が 報 告 さ れ て い る.そ
類
れ ら に は 大 き く分 け て,遺
伝
線 維 腫 症 と毛 細 血 管 拡 張 性 運 動 失 調 症 の そ れぞ れ の 原 因
子 配 列 上 ア ミ ノ 酸 配 列 が 変 化 す る ミ ス セ ン ス 変 異 と,エ
遺 伝 子(NF1,ATM)のDNAお
キ ソ ン10近
析 が 行 な わ れ,こ
Database Center for Life Science Online Service
キ ソ ン3,エ
の エ キ ソ ン(エ キ ソ ン
例 中26例,62例
よ びRNAレ
れ ら疾 患 の 約50%程
中30例)に
ベ ルでの解
度(そ れ ぞ れ52
エ キ ソ ン ス キ ップやcryptic
傍 の イ ン ト ロ ン に お け る 変 異 の2種
る16,17).G272V,P301L,V337M,R406Wな
ン ス 変 異 は,微
し,tau蛋
い る こ と が 明 らか に さ れ た13,14).そ の う ち の い くつ か
確 認 さ れ て い る18).一
は,ゲ
ン に お け る 変 異 は,tauエ
白質 の微 小 管 重 合 促 進 能 を 低 下 させ る こ とが
方,エ
キ ソ ン10近
キ ソ ン10の
異 あ るい は ナ ンセ ンス 変 異 と して 間違 っ て 分 類 され て い
シ ン グ に 影 響 を 与 え る.図5bに
た の で あ る.こ の 報 告 は,ゲ
ソ ン10の3'末
ノ ム情 報 の み に基 づ い た 遺
どの ミス セ
小 管結 合 領域 あ るい はそ の近 傍 に存 在
splicesiteの 形 成 に よ る 異 常 ス プ ラ イ シ ン グが 起 こっ て
ノ ム 配 列 に基 づ き フ レー ム シ フ トや ミスセ ンス 変
類 が あ
傍 の イ ン トロ
選択 的 ス プ ラ イ
示 す よ う に,tauエ
端 か ら イ ン ト ロ ン10の5'末
キ
端 はス テ ム
伝 性 疾 患 の解 析 評 価 の 問 題 点 を指 摘 す る と と もに,遺 伝
ル ー プ を 形 成 し,U1-snRNPが5'ス
子 変 異 が 与 え る ス プ ラ イ シ ン グへ の影 響 が 想像 以 上 に 大
ク セ ス す る こ と を 制 限 す る 構 造 と な っ て い る.こ
きい こ と を示 す 報 告 と して 注 目 さ れ る.
に お け る 変 異 は ス テ ム ル ー プ 構 造 を 不 安 定 化 し,U1snRNPの
2.神 経変性疾患における異常スプライシング
ア ク セ ス を 容 易 に さ せ,エ
イ シ ン グ を 活 性 化 す る.そ
神 経 疾 患 に は ス プ ラ イ シ ング 異 常 に よ り発症 す る もの
プ ラ イス 部位 ヘ ア
の 割 合 が 増 加 し,本
ピ ー トtauの
発現
ピー
トtauと4リ
子 が 多 数 存 在 す る こ と,あ る い は,異 常 ス プ ラ イ シ ング
害 の 原 因 に な る.実
か ら産 生 され る 変 異 蛋 白 質 の 蓄 積 に神 経 細 胞が 脆 弱 で あ
mRNAお
る こ とな どが 原 因 と して 考 え られ る.こ こ で は い くつ か
増 加 が 明 ら か に さ れ て い る16,17).
れ ぞ れ の疾 患 で み られ
る異 常 ス プ ラ イ シ ン グ の メ カ ニ ズ ム を解 説 す る,
A.前
性 格 変 化,健
忘,自
エ キ ソ ン10で
発 運 動 の 低 下,さ
ら に はパ ー キ ンソ
る2・19).つ ま り,エ
ソ ン10の
で あ る 。tauエ
ESEが
22に
存 在 す るtau遺
た.tau蛋
伝 子 で あ る こ とが 明 らか に な っ
白 質 は 微 小 管 結 合 蛋 白 質 の 一 種 で あ り,お
に チ ュ ー ブ リ ン と 結 合 し,微
る.ま
た,神
軸 索 極 性,軸
も
小 管 重 合 を 促 進 ・安 定 化 す
経 細 胞 で 強 く 発 現 し,神 経 細 胞 の 形 態 形 成,
索 輸 送 に か か わ っ て い る.tau遺
伝子 は選
際 の 患 者 のtau
キ ソ ン10の
割 合 の
増 加 を 促 し,一
方,3塩
ピ ー トtauの
基が 欠
み が発現 す
キ ソ ン に お け る こ れ ら 変 異 は,エ
キ
選択 的 スプ ライ シングに影響 を与 え てい るの
る15∼17).1998年,そ
染 色 体17q21-
た,実
の 変 異 の う ち,N279K,L284L,N296N
損 変 異 で は3リ
ン病 様 の 症 状 を し ば しば 呈 す る一 群 の 進 行 性 痴 呆 で あ
の 原 因 遺 伝 子 が17番
験 的 に も,ま
ピ ー トtauの
損 す るK280欠
頭 葉 と 側 頭 葉 の 萎 縮 を 示 し,
量 的 バ ラ ンス が 崩 れ て 細 胞 傷
よ び 蛋 白 質 の 解 析 で も,エ
変 異 は4リ
頭 側頭 型痴呆症
前 頭 側 頭 型 痴 呆 症 は,前
ピ ー トtauの
ス プラ
定 の 割 合 で 発 現 す る3リ
が 多 い.お そ ら く,神 経 系 に特 異 的 な機 能 を有 した遺 伝
の 神 経 変 性 疾 患 に 焦 点 を あ て,そ
キ ソ ン10の
の 結 果,4リ
来,一
の部位
あ り,そ
キ ソ ン10の5'側
の3'側
にESS配
には プ リン残 基 に富 む
列 と想 定 さ れ る領 域 が
近 接 し て い る(図5c).N279Kお
よ びL284L変
の 高 次 構 造 を 変 化 さ せ,ESEの
機 能 を さ らに 活 性 化 さ
せ る こ と に よ っ て エ キ ソ ン10の
スプ ライ シ ングを促 進
さ せ る.一
AAG配
方,K280欠
損 変 異 は,プ
異 はESE
リ ン残 基 で あ る
列 が 欠 損 す る こ と に よ っ てESE機
蛋 白 質 核酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
能が完全 に失
335
図5tau遺
伝子の選択 的スプライ
シ ングと その異 常
(a)tau遺
伝 子の構 造 とミス セ ンス変
異部 位.赤 で示 した 部 分 は微 小 管 結合 ド
メ イ ン,紫 お よび 青 で 示 した 部 分 は選 択
的ス プ ラ イ シ ング を 起 こ すエ キ ソ ン を示
す.エ キ ソ ン10に は 微 小 管 結 合 ドメ イ
ンが ひ と つ存 在 し,こ のエ キ ソン を含 む
ス プ ラ イ シ ン グ が 起 こ る と4リ ピ ー ト
tauが,ス
キ ップ す るス プ ラ イ シ ン グが
起 こ る と3リ
ピ ー トtauが
産 生され
る.ミ ス セ ンス 変 異 は微 小 管 結 合領 域 と
そ の 近傍 に集 中 す る.
(b)イ ン トロ ン に お け る変 異.大 文 字 が
エ キ ソ ン10の 部 分,小 文 字 が イ ン トロ
ン部 分.こ れ ま で 発見 され て い る エキ ソ
ンー
イ ン トロ ン結 合 部 分 の 変 異 は,こ の
部 分 に形 成 さ れ る ス テ ムル ー プ 構造 を 不
安 定 化 し,U1-snRNPの
結合活性 を亢
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進 さ せ る.そ の 結 果,エ キ ソ ン10を
含
む ス プ ライ シ ン グ を誘 導 す る.
[文献19よ
り改変 して 転 載]
(c)tau遺
伝 子 工 キ ソ ン10の 遺 伝 子 変
異 に よる ス プ ラ イ シ ン グ異 常.tauエ
キ
ソ ン10に
存
はESE(緑)とESS(赤)が
在 し選 択 的 ス プラ イシ ン グ を受 ける(中
央).N279Kお
よ びL284L変
異 はESE
活 性 を上 昇 させ ス プラ イ シ ン グ を促 進 し
て,4リ
ピ ー トtauの 産 生 を 増 加 さ せ
る.N296N変
異 はESS活
性 を 抑制 す
る こ と で エキ ソ ン10の
スプライ シング
を 促進 す る.S305Nお
よ びS305S変
異
は(b)で 示 した メ カ ニ ズ ム に よ りス プ ラ
イ シ ン グ を促 進 す る(上 段).3塩
を 起 こ すK280欠
基欠損
損 変 異(下 段)はESE
活 性 を消 失 さ せ,エ キ ソ ン10が 完 全 に
スキ ップ す るス プ ラ イ シ ン グ が起 こる.
[文献2よ
わ れ,エ
キ ソ ン10を
グ が 起 こ る.N296N変
す べ て ス キ ッ プす る ス プ ラ イ シ ン
異 の 場 合 は,ESS機
れ る こ と に よ っ て エ キ ソ ン10の
さ せ る.tauエ
キ ソ ン10のESEお
能 が 阻 害 さ
ス プ ライ シン グを促進
よ びESSに
結 合 し,
ス プ ラ イ シ ン グ活 性 を調 節 す る 因子 は い ま の と こ ろ明 ら
か に さ れ て い な い.N279K変
336
異 に よ っ てGAAの
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
く り
返 しが 新 た に挿 入 さ れ,こ
され る こ とか ら,ESEに
り改 変 して 転 載]
れ に よ りESE機
能 が活性 化
結 合 す る 因子 と してSR関
連蛋
白 質 の ひ とつ で あ るtra2β が そ の 候 補 と して あ げ られ
て い る20,21).
以 上 の よ う に,特 定 エ キ ソ ンの ス プ ラ イ シ ング が微 妙
に変 化 す る こ とで 重 篤 な疾 患 を ひ き起 こ して し ま う典 型
的 な 疾 患 が この 前 頭 側 頭 型 痴 呆 症 で あ る.3リ ピー トtau
し て い る と 考 え ら れ る.Hofmannら
と4リ ピ ー トtauが 適 度 な割 合 で 発 現 す る よ う に ス プ ラ
ン7の
イ シ ン グ を厳 密 に 制 御 す る こ とが,神
塩 基 が く り返 す 部 位 を 見 い だ す と と も に,そ の 配 列 にSR
経 系 の正 常 な 発 生
お よ び 高 次 機 能 の 維 持 に重 要 なの で あ る.
B.脊
関 連 蛋 白 質 で あ るtra2β
キ ソ ン7の
エ キ ソ
中 央 部 にプ リ ン
が 特 異 的 に 結 合 し てESE活
を 充 進 し て い る こ と を 明 らか に し て い る26).し
髄 性筋萎縮症
の 時 点 で は,エ
脊 髄 性 筋 萎 縮 症 は,脊 髄 の 運 動 神 経 細 胞(脊 髄 前 角 細
胞)の 変 性 に よ っ て起 こ る 神 経 原性 の 筋 萎 縮 症 で,常
染
置 換(C→T)に
キ ソ ン7の5'末
端 か ら6番
よ りSMN1とSMN2と
性
か し,こ
目 の1塩
基
のス プライシ ング
色 体 劣性 遺 伝 病 で あ る22).症 状 と して は,体 幹 や 四 肢 の
の あ い だ に 大 き な 違 い を ひ き起 こ さ れ る 理 由 は わ か ら な
筋 肉 の 脱 力,筋 萎 縮 が み られ る.5番
か っ た.そ
染 色体 に存在 する
の 後,Krainerら
の グ ル ー プ に よ っ て,tra2β
SMN (Survival motor neuron) 遺 伝 子 が 原 因 遺 伝 子 と して
依 存 的 なESEと
は 別 に,塩
同 定 さ れ て い る23).ヒ
に 新 た なESEが
あ る こ と が 見 い だ さ れ た27).彼
し,隣
ト で はSMN遺
伝 子 は2つ
接 して 逆 向 き に 並 ん で い る.テ
SMN1,セ
な り,遺
の 遺 伝 子 は,い
存 在
ロ メ ア側 の もの を
ン トロ メ ア 側 の も の をSMN2と
こ れ ら の2つ
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遺 伝 子 配 列 を 調 べ,エ
はSMN1の
よ ん で い る.
ず れ も8個
か し,SMN1は
エ キ ソ ン1か
ま で の す べ て の エ キ ソ ン が 転 写 さ れ る が,5MN2は
分 が エ キ ソ ン7を
て い る.そ
際 に はSMN2か
異 な っ た 蛋 白 質 が 翻 訳 さ れ る.こ
キ ソ ン7の5'末
チ ミ ン(T)に
探 し 出 し た,実
端 か ら6番
キ ソ ン7の
大 部
化 し て い る こ と,さ
ら に は,SMN2タ
の 原 因 は,SMN2の
目 の 塩 基 が シ トシ ン(C)か
伝 子 か ら は80%以
7を 欠 失 し たmRNAが
の1塩
白 質 は 不 安 定 で あ り,発
し て も本 来 の 機 能*1を
エ
下 さ せ る こ と を 証 明 し た.以
ら
SMNエ
キ ソ ン7の
ト ロ ン 内 にSMNエ
た 最 近 で は,エ
キ ソ ン7の
脊 髄 性 筋 萎 縮 症 患 者 に はSMN2遺
伝 子 に は異
プ ラ イ シ ン グ を 活 性 化 で き れ ば,そ
り,発
伝 子か ら
る.最
含 む 全 長 型 蛋 白 質 が どれ だ け発 現 され るか
か ら 全 長SMN蛋
伝子
近,ス
プ ラ イ シ ン グ させ た い エ キ ソ ン に ハ イ ブ リ
用 い て,標
基
hancement
by
small chimeric
キ メ ラ 分 子 は,標
ら,SMN2遺
な る 標 的 ド メ イ ン と,ス
換 に よ りESE機
*1
SMN蛋
伝 子 と 同 様 に,塩
能 が 破 壊 さ れ,エ
白 質 の 機 能:SMN蛋
キ ソ ン7が
多 くはRNA-蛋
ESEフ
白 質 複 合 体(RNP)に
ァ イ ン ダ-:調
基置
メ イ ンの 機 能
存 在 す る た め,U-snRNP群
ど う か を 定 量 的 に 検 索 で き る ソ フ トウ エ ア.こ
類 のSR蛋
en-
effectors;ESSENCE)30).
基 か ら
プ ラ イ シ ン グマ シ ー ナ リ ー
メ イ ン と し て ア ル ギ ニ ン/
よ ば れ る 構 造 体 に 存 在 し て,そ
か の 多 くの 蛋 白 質 と 相 互 作 用 し複 合 体 と し て 存 在 し て い る.SMN複
べ た い 塩 基 配 列 に4種
splicing
的 配 列 に 対 し て 相 補 的 な12塩
と の 相 互 作 用 を 仲 介 す るRSド
スキ ップ
白 質 は 細 胞 質 内 お よ び 核 内 に 存 在 す る 。 核 内 で はgemsと
し て オ リ ゴ マ ー を 形 成 す る と と も に,ほ
白 質 のRSド
的 遺 伝 子 の ス プ ラ イ シ ング を活 性 化 させ る新
の 違 い だ け で ス プ ラ イ シ ン グパ タ ー ンが 変 化 す る こ とか
伝 子 の 場 合 もm遺
の 治 療 に応 用 で き
し い 手 法 が 開 発 さ れ た(forexon-specific
伝 子 は エ キ ソ ン7の1塩
含 むス
を付 与 した ペ プ チ ドを化 学 的 に 架 橋 させ た キ メ ラ分 子 を
白 質 が 多 く発 現 す れ ば 比 較 的 軽 症 と な
伝 子 とSMN2遺
伝 子 は 残 存 して い
伝 子 か ら 人 工 的 に エ キ ソ ン7を
ダ イ ズ で き る 核 酸 に,SR蛋
現 さ れ な け れ ば 重 症 度 が 増 す.
SMN1遺
前後 イ ン
る28,29).
ま た は 変 異 が み ら れ る の に 対 し て,SMN2遺
ま り,SMN2遺
キ ソ ン7の
ように
選 択的 ス プ ライ シ ング を
る の で,SMN2遺
が 患 者 の 重 症 度 に 影 響 を 与 え る.つ
の 研 究 成 果 か ら,
ス プ ラ イ シ ン グ 機 構 は 図6aの
伝 子 に欠 失
エ キ ソ ン7を
能 を 明 らか に低
上 の2つ
脊 髄 性 筋 萎 縮 症 患 者 の ほ と ん ど は,SMN1遺
っ て,SMN2遺
変 異)に 対 し て は
制 御 す る シ ス 配 列 が 存 在 す る こ と も明 らか に され て い
現 した と
も た な い と 考 え ら れ て い る24,25).
常 は み ら れ な い 場 合 が 多 い.よ
イ プ の 配 列(エ キ
結 合 活 性 が 低 下 し,ESE機
想 定 さ れ て い る.ま
キ ソ
列 にSF2/ASFが
ス プ ラ イ シ ング を 活性
目 のCがTに
SF2/ASFの
基 の違
産 生 さ れ て い る(図6a).エ
欠 い たSMN蛋
端 か ら6番
は
上 がエ キ ソ ン
白 質 のSF2/ASF
験 的 に も,そ のESE配
直 接 結 合 し,SMN1エ
ら はSMN1と
変 異 し て い る た め で あ る.こ
い に よ っ て,SMN2遺
端 にSR蛋
列 に な り う る候 補 配 列 が あ る こ と を
ら8
ソ ン7の5'末
ら は,
い う コ ン ピ ュ ー タ ソ フ トウ ェ ア
キ ソ ン7の5'末
が 結 合 す るESE配
含 ま な い 選 択 的 ス プ ラ イ シ ン グ を受 け
の た め,実
ァ イ ン ダ ー*2と
を 使 い,エ
の エ キ ソ ンか ら
伝 子 配 列 上 は ま っ た く 同 じ蛋 白 質 を コ ー ドす る
こ と に な っ て い る.し
ン7を
ESEフ
基 置 換 が 起 こ っ て い る領 域
れ 自身 で 会 合
合 体 と 会 合す る分 子 の
の 会 合 や ス プ ラ イ ソ ソ ー ム 形 成 に 働 く 因 子 で あ る と考 え ら れ て い る.
白 質(SF2/ASF,SC35,SRp40,SRp55)が
の ソ フ トウ エ ア は,コ
結 合 で きる モ チ ー フが 存 在 す る か
ー ル ドスプ リ ング ハ ー バ ー 研 究所 の ホ ー ム ペ ー ジ で公 開 され て
い る(http://rulai.cshl.edu/tools/ESE/).
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
337
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図6
5MN遺
(a)SMN1で
伝 子 の スプラ イシ ング制 御 とESSENCE法
は 終 止 コ ドンを 含 む エキ ソン7が 含 まれ る ス プ ライ シ ン グ が起 こ る.5MN2の
キ ソ ン8で 蛋 白 質 翻 訳 が 終 結 す る.そ の 結果,エ キ ソ ン7を 欠 い たSMN蛋
翻訳 産 物 の安 定 性 が き わ めて 低 い.5MN1とSMN2遺
シ ン(C).SMN2遺
場 合 は80%が
白 質 で は,C末
伝 子 の 違 い は,エ キ ソ ン7の5'宋
端 か ら6番 目の塩 基 が.SMN1遺
伝 子 で はチ ミ ン(T)に な って いる こと であ る.こ の塩 基 置 換 に よ って,SMN2で
活化 す る.も うひ と つ のESEは
エキ ソ ン7を ス キ ップ し,エ
端 構 造 に エキ ソ ン7を 含 む も の と は異 な り,
はSF2/ASF依
伝子で はシ ト
存 性 のESE活
性が不
エ キ ソ ン7の 中央 部 にあ り,tra2β1を 含 む ス プ ラ イ シ ン グ因子 が結 合 しス プ ラ イシ ン グ に影 響 を与 え る.
[文献2よ り改 変 して 転載]
(b)ESSENCE法
の 概 略.ESSENCE法
はSR蛋
白 質 によ るESE依
蛋 白質 に よる ス プ ラ イ シ ン グを 示 す.塩 基 変異 に よ りESEが
体mRNAに
相 補 的 に結 合 し.RSド
[文献30よ
存 性 ス プ ラ イ シ ング の 機構 を 応用 して いる,上 段 はESE依
破 壊 さ れ る とエ キ ソ ンは スキ ップ す る(中央).ESSENCE分
存性 のSR
子 は 標 的 の前 駆
メイ ン(RSIO)を 使 って ス プラ イ シ ン グ を活 性 化 さ せ る(下 段).
り改 変 して転 載]
(c)ESSENCE法
に用 い る キ メラ 分 子の 核 酸 部分 の 塩基 配 列 と タ ーゲ ッ トとな るSMN遺
で囲 ま れ た部 分 が エ キ ソ ン7.SMN-RS10:SMNのESSENCEキ
[文献30よ
伝 子 と が ハイ プ リダ イ ズ す る 部 位 を 示 す.四 角
メ ラ 分 子,SMNーPNA:SMV遺
伝 子 のア ンチ セ ン スペ プチ ド核 酸.
り改 変 して転 載]
セ リ ン を10回
く り返 した リ ク ル ー ト ドメ イ ンか ら な る
障,不
整 脈,糖
尿 病 な ど種 々 の 全 身 症 状 が み ら れ る31).
シ ン プ ル な 構 造 で あ る.こ の キ メ ラ 分 子 を細 胞 に 導 入 し
筋 強 直 性 ジ ス ト ロ フ ィ ー の 一 部 は,
てSMN2遺
myotonica protein kinase) 遺伝 子 の3'非 翻 訳 領 域 に 存 在 す
伝 子 の ス プ ラ イ シ ン グ に与 え る影 響 を調 べ
た と こ ろ,全 体 の60%が
た.キ
全 長 型SMN蛋
メ ラ 分 子 の 作 用 機 構 とSMN2エ
白 質 を発 現 し
キ ソ ン7に 対 す
るCTGの3塩
基 く り返 し配 列 が 異 常 伸 長 す る トリ プ レ
ッ ト病 の ひ と つ で あ る こ と が 明 ら か に さ れ た32∼34).
る ター ゲ ッ テ ィ ング 戦 略 図 を 図6bに,用
い たキ メラ分
DMP1(遺
子 の 配 列 を 図6cに
を治 療 に 応 用
CTGく
示 した.ESSENCE法
DMPK (dystrophia
伝 子 は 正 常 で も3'非
り返 し 配 列 を も つ が,筋
翻 訳 領 域 に 約37個
の
強 直 性 ジ ス トロ フ ィ ー
す る に は,生 体 内 で の キ メ ラ分 子 の安 定性 や,臓 器 組 織
患 者 で は こ の く り返 し 配 列 が50∼5,000個
へ の デ リバ リ ー の 問 題 が 残 され て い る が,特 定 遺 伝 子 の
い る.リ
ス プ ラ イ シ ン グ を 人 工 的 に 効 率 よ く制 御 す る方 法 と して
リ ピ ー トが 伸 長 し発 症 が 早 ま る 表 現 促 進 現 象 が み ら れ る
は,現 在 の と こ ろ も っ と も有 力 な方 法 と考 え られ る.
こ と な ど,ほ
C.筋
強 直 性 ジ ス トロ フ ィー
筋 強 直性 ジ ス トロ フ ィー は 常 染 色 体 優 性 遺伝 病 で,症
状 と して は,筋
338
蛋 白質
強 直 ・筋 萎 縮 な ど の筋 症 状 に加 え,白 内
核酸
酵 素Vol.50No.4(2005)
に も伸 長 して
ピ ー ト長 と 重 症 度 が 相 関 す る こ と,親
よ り子 で
か の ト リ プ レ ッ ト リ ピ ー ト病 と 同 様 の 特 徴
を 有 し て い る.
病 態 機 序 に つ い て は,CTGリ
DMPK蛋
ピ ー ト の 伸 長 が,①
白 質 の 発 現 に 影 響 す る,②DMPK近
傍 の遺伝
図7DMPK遺
伝 子 内CTGリ
ピー
卜伸 長 が 及 ぼ す 異 常 ス プ ラ イ シ ン グ
の モデ ル図
DMPKmRNA内
のCUGリ
ピ ー トは
2本 鎖 ヘ ア ピ ン 構 造 を と る.そ
muscleblind(MBNL)な
こに
どのCUG
結 合 蛋 白質 が-リク ル ー トさ れ,核 内 に
ribonucIear
inclusionと よ ば れ る凝 集
体 を形 成 す る.こ の 凝 集 体形 成 は な ん ら
か の メ カニ ズ ムでCUG-BPを
活性化 さ
せ る,活 性 化 したOUG-BPは
クロライ
ドチ ャネ ル,イ ンス リン 受容 体 お よ び ト
ロポ ニ ンTの
遺伝 子 の イ ン トロ ン 領 域
に存 在 す るU/Gモ
チ ー フ に結 合 し,そ
れ ぞれ の 選択 的 スプ ラ イ シ ング に影 響 を
与 える.ク ロ ライ ドチ ャネル と イ ン ス リ
ン 受容 体 の遺 伝 子 に 対 しては 、GUG-BP
は 結合 位 置か ら下 流 の エキ ソン に抑 制 的
Database Center for Life Science Online Service
に 作用 してエ キ ソン を スキ ップ させ る.
一方
,ト ロ ポ ニ ンTの 遺 伝 子 に 対 して
は,結 合 位置 か ら上 流の エ キ ソ ンの ス プ
ラ イ シン グを 促 進 す る,こ れ らの 異 常 ス
プ ライ シ ング の 結 果,筋 強 直性 ジス トロ
フ ィー の 多彩 な 症 状 を ひき 起 こ され る こ
と が示 唆 され て い る.
[文献41よ
子 発 現 に 影 響 す る,③
リ ピ ー トが 伸 長 したmRNAそ
もの が毒 性 を 示 す,な
ど の仮 説 が 提 唱 さ れ た.そ れ ぞ れ
の 観 点 か ら研 究 が 行 な わ れ た 結 果,③
の
が筋 強直性 ジス
イ ン トロ ン 内 にCUGやUGな
り改 変 して転 載]
ど の く り返 し配 列 が あ る
と い う 共 通 の 特 徴 が あ る.CUGの
mRNAは,2本
く り返 し配 列 を含 む
鎖 ヘ ア ピ ン構 造 と い う特 徴 的 な 立 体 構
トロ フ ィ ー の筋 病 変 を ひ き起 こす 原 因 と して 考 え られ る
造 を と る こ と が 想 定 さ れ て い る.一
よ う に な っ て き た.そ
RNA結
は,DMPKと
の仮 説 を裏 づ け る決定 的 な根 拠
は 関 係 の な い 骨 格 筋 ア ク チ ン遺 伝 子 の3'
非 翻 訳 領 域 にCTGリ
ピ ー トを 挿 入 し骨 格 筋 に 発 現 さ せ
る と,筋 強 直 性 ジス トロ フ ィー に 似 た筋 病 理変 化,筋
直 現 象 が み ら れ た こ と で あ る35).つ ま り,CTGリ
トが 伸 長 したmRNAが
害 は必 要 で な い の で あ る.そ
うか?そ
ピー
存 在 す れ ば筋 強 直 性 ジス トロ フ
ィ ー の 発 症 に 十 分 で あ り,DMPKの
異 常 に伸 長 したCTGリ
強
機 能 障害や 発現 障
れ で は,な ぜmRNA中
に
ピー トが あ る と発 症 す る の だ ろ
の メ カ ニ ズ ム が 解 明 され る前 に興 味 深 い現 象
が 明 らか に さ れ て い た.そ
の ひ とつ は,CTGリ
が伸 長 して い るマ ウ ス で は,筋
ピー ト
強 直 と密 接 にか か わ る ク
合 蛋 白 質 で あ るCUG結
muscleblindフ
こ と が 知 ら れ て い る39・40).Cooperら
す と と も に,CUG-BP蛋
を 強 制 発 現 さ せ る と,筋
筋
伸 長 し たmRNA
強 直 性 ジ ス トロ フ ィ ー で み ら れ
る い く つ か の 遺 伝 子 の 異 常 ス プ ラ イ シ ン グ と 同 じ現 象 を
ひ き 起 こ す こ と を 見 事 に 証 明 し た41).現
在 考 え られ て い
るCTGリ
ピー トに よ るス プ ライ シ ン グ異 常 の メ カ ニ ズ
ム を 図7に
示 し た.こ
の よ う な 研 究 成 果 に よ り,筋
強直
性 ジ ス ト ロ フ ィ ー の 機 序 が 明 ら か に さ れ て き て い る が,
が 増 加 し 活 性 化 す る の か,あ
る
ァ ミリー に よる ス プ ラ
イ シ ン グ 制 御 の 詳 細 に つ い て は 不 明 な 点 が 多 い.
ス プ ラ イ シ ン グ障 害 が 筋 強 直 性 ジ ス トロ フ ィー 発 症 の原
D.孤
因 で は な い か と注 目が 集 まっ た.こ れ らの 異 常 ス プ ラ イ
ア ル ツ ハ イマ ー病 は,ア
ず れ もエ キ ソ ン前 後 の
は,CUG-BPが
白 質 や,CUGが
い は,CUG-BP,muscleblindフ
シ ン グ を起 こ し た遺 伝 子 に は,い
結
強 直 性 ジ ス トロ フ ィ ー の 骨 格 筋 で 増 加 し て い る こ と を 示
こ とで あ る36).さ ら に は,ト
リ ン受 容 体 の ス プ ラ イ シ ン グ に も異 常 が 見 い だ され37β8),
合 蛋 白 質(CUGlBP)や
合 して 前 後 エ キ ソ ンの ス プ ラ イ シ ン グ に 影 響 を 与 え る
患 者 で な ぜCUG-BP量
よび イ ンス
の 配 列 に は,
ァ ミ リ ー(MBNL,MBLL,MBXL)が
ロ ラ イ ドチ ャ ネ ル の 異 常 ス プ ラ イ シ ン グが 起 こ っ て い る
ロ ポ ニ ンTお
方,こ
発 性アル ツハイマー病
ミロ イ ド β蛋 白 質 の 沈 着,神
経 細 胞 内 に お け る リ ン酸 化 タ ウ の 蓄 積(神 経 原 線 維 変
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.50No.4(2005)
339
化),お
よ び,神
経 細 胞 死 を特 徴 とす る 進 行 性 の 神 経 変
性 疾 患 で あ る42).早
(FAD)と
期 発 症型 家 族性 ア ル ツハ イマ ー病
非 遺 伝 性 の 孤 発 性 ア ル ツ ハ イマ ー 病 に 大 別 さ
れ,FADは
そ の 原 因 遺 伝 子 と し て,ア
蛋 白 質APP,プ
レ セ ニ リ ン1(PS1),プ
低 酸 素 環 境 下 で 特 異 的 に 発 現 す る.低
負 荷 の と き,PS2の
因 子 の 同 定 を 試 み た.そ
レ セ ニ リ ン2(PS
3'末 端 の 約25塩
発性 ア ル
HMGAlaはU1-snRNPの
発 性 筋 萎 縮 性 側 索 硬 化 症(ALS,
U1ー70Kと
も 結 合 し て お り,PS2エ
snRNPの5'ス
タ ーEAAT2を
れ ま で,HMGA1aが
の エ キ ソ ンが 欠 失 し た,さ
ま ざ ま な異 常 ス プ ラ イ シ ン グ
産 物 が 発 現 し て い る こ と が 報 告 さ れ た47).そ
ス プ ラ イ シ ン グ に よ りEAAT2蛋
ね き,グ
し て,異
常
白質 の機 能低 下 を ま
ル タ ミ ン 酸 の 取 り 込 み 障 害 か ら神 経 細 胞 死 に 至
る 可 能 性 が 指 摘 さ れ た の で あ る.こ
の 現 象 がALSの
発
ら に は,そ
の部
キ ソ ン5の3'末
端 に
ト ラ ッ プ し,U1-
プ ライス部位 へ の ア クセス を阻害 させて
エ キ ソ ン5を
くつ か
は,
コ ン ポ ー ネ ン トの ひ とつ で あ る
結 合 し たHMGAlaはU1-snRNPを
者
キ ソ ン5で
特 異 的 に 結 合 す る こ と が わ か っ た51).
の 脊 髄 運 動 神 経 細 胞 に お い て グ ル タ ミ ン酸 ト ラ ン ス ポ ー
コ ー ド す る 遺 伝 子 に つ い て,い
の 結 果,PS2エ
イ シ ン グ に 大 き な 影 響 を 与 え る こ と,さ
て い な い.
ル ー ・ゲ ー リ ッ ク 病 と し て も 知 ら れ て い る)で は,患
ス キ ップす る ため に
基 が 低 酸 素 環 境 下 に お け る異 常 ス プ ラ
位 にHMGAlaが
筆 者 らが 孤 発 性 ア ル ツ ハ イ マ ー 病 の 機 序 解 明 を め ざ し
酸素
必 要 な シ ス 配 列 と そ の 部 位 に 特 異 的 に 結 合 す る トラ ン ス
ツハ イ マ ー病 につ い て は 発 症 の 詳 細 な 機 序 は よ くわ か っ
研 究 を 始 め た こ ろ,孤
エ キ ソ ン5を
ミ ロ イ ド前 駆 体
2)の 遺 伝 子 が 同 定 さ れ て い る43∼46).一 方,孤
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た.PS2Vは
ス キ ッ プ さ せ る と 考 え ら れ る(図8c).こ
特 定遺 伝子 の ス プ ラ イシ ング制御
に 働 く こ と は ま っ た く報 告 さ れ て お ら ず,新
しい タ イプ
の ス プ ラ イ シ ン グ 制 御 が 明 ら か に な っ た の で あ る.興
深 い こ と に,HMGAlaは
味
低 酸 素 環 境 下 で 誘 導 が か か り,
ス プ ラ イ シ ング 因 子 群 が 集 積 して 存 在 す る スペ ッ クル に
強 く発 現 す る.PS2以
外 に も,ス
トレス 環 境 下 でHMGAla
症 原 因 な の か 結 果 な の か は 明 ら か に な っ て い な い が,孤
に よ りス プ ラ イ シ ン グ異 常 を きた す 遺 伝 子 が 存 在 して い
発 性 神 経 疾 患 に ス プ ラ イ シ ン グ 障 害 が 関 連 す る と指 摘 し
て も お か し く な い.
た ア イ デ ア は 画 期 的 で あ り,魅
力 的 で あ っ た.筆
こ の よ う な 論 文 を 参 考 に し て,孤
者 らは
発 性 ア ル ツハ イマ ー病
患 者 脳 で 異 常 ス プ ラ イ シ ング を起 こ して い る 遺 伝 子 を徹
底 的 に 調 べ た.そ
の 結 果,FADの
で に 同 定 さ れ て い たPS2遺
原 因遺伝 子 と してす
伝 子 の エ キ ソ ン5が
た ス プ ラ イ シ ン グ バ リ ア ン ト(PS2V)を
PS2VmRNAは,エ
キ ソ ン5を
野 生 型PS2のN末
端119個
の ア ミ ノ酸 を コ ー ド した の
た に5つ
の ア ミ ノ酸
付 加 し て 終 止 す る(図8a).PS2Vか
ら は確
か に 翻 訳 産 物 が 産 生 さ れ,驚
くべ き こ と に,こ
れ は調 査
し た 孤 発 性 ア ル ツ ハ イ マ ー 病 患 者 の 全 例(22例)か
出 さ れ た(図8b).そ
れ に 対 し,対
低 レ ベ ル の 発 現 を 認 め た が,そ
照 群 で は1例
ら検
のみ に
れ 以 外 は ま っ た く観 察 さ
れ な か っ た49.50).こ の よ う な 結 果 は,PS2遺
ゲ ノ ム情 報 を蛋 白 質 翻 訳 に正 確 に変 換 し て い く過 程 に
お い て,ス
プラ イ シン グは重要 なス テ ップ にな って い
る.多 種 多 様 な遺 伝 子 か ら イ ン トロ ン とエ キ ソ ンを 認識
して 忠 実 に切 断 し,さ ら に はエ キ ソ ン ど う しの再 結 合 が
発 見 し た48).
欠 失 す る こ と に よ り,
ち に フ レ ー ム シ フ トが 起 こ り,新
(SSMAG)を
欠損 し
お わ りに
伝子 の異常
精 密 に コ ン トロ ー ル され る必 要 が あ る.本 文 中 に も記 載
した が,ひ
とつ の 遺 伝 子 の た っ た1塩 基 の 変 異 が ス プ ラ
イ シ ング の精 密 な制 御 を 撹 乱 し,重 篤 な疾 患 に結 びつ い
て しま う.そ れ ほ どRNAス
プ ラ イ シ ング は厳 密 に制 御
され な くて は な らな い.そ の 精 密 さ を担 うの が さ ま ざ ま
な ス プ ラ イ シ ン グ調 節 因 子・
群 と前 駆 体mRNA側
に存在
す る ス プ ラ イ シ ング信 号 配 列 の 巧 妙 な 相 互 作 用 で あ る.
最 近 で は,ス
プ ラ イ シ ン グ 制 御 は 前 駆 体mRNAを
す る だ け の独 立 した事 象 で は な く,RNAの
切断
転 写,分 解,
ス プ ラ イ シ ン グ が 孤 発 性 ア ル ツ ハ イ マ ー 病 に か な り特 異
核 外 輸 送 な ど と共 役 して 制 御 され て い る こ とが わか っ て
的 な 現 象 で あ る こ と を 示 唆 す る.し
きて い る52,53).それ ら の情 報 ネ ッ トワ ー ク を も と にス プ
か し,PS2Vの
が 疾 患 の 原 因 の ひ とつ に な っ て い る の か,病
発現
気 の進行過
程 の な か で 産 生 さ れ て き た 二 次 的 産 物 な の か,現
段 階 で
は ま だ 明 らか に で き て い な い.
筆 者 ら は,な
ぜ 孤 発 性 ア ル ツ ハ イ マ ー 病 の 脳 にPS2
遺 伝 子 の 異 常 ス プ ラ イ シ ン グが 起 こ る の か に興 味 を もっ
340
蛋白質
核酸
酵 素Vol.50No.4(2005)
ラ イ シ ングが 制 御 さ れ て い る の で あ れ ば,話
は ます ます
複 雑 化 しそ うな 様 相 で あ る.そ れ らネ ッ トワー クが 有 機
的 に 働 く仕 組 み の 解 明 が ス プ ラ イ シ ン グ研 究 の 今 後 の課
題 に な る.
ヒ ト遺 伝 性 疾 患 が ス プ ラ イ シ ング異 常 に よ り起 こ る と
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図8
孤 発性 アル ツハ イマ ー病 にお けるPS2の
(a)PS2お
こ り.5つ
(b)PS2Vか
(c)PS2の
よ びPS2Vの
異 常ス プラ イシ ン グ
構 造 と,そ れぞ れ が コ ー ドす る 蛋 白質 を示 す.PS2Vは
の ア ミ ノ酸(SSMAG)を
エ キ ソ ン5が スキ ッ プ する こ とで プ レ.ム シ フ トが起
コー ドした の ち終 止 す る.
ら産 生 さ れる 蛋 白質 は(矢 頭)患 者の 海 馬神 経 細 胞 に 発 現す る.上;免
エキ ソ ン5欠 損 モ デル.HMGA-aが
エ キ ソ ン5の3'末
疫組 織 化 学,下;免
端 に結 合 し,U1-snRNPの5'ス
疫 電子 顕 微鏡 法.
プ ライ ス 部 位 へ の ア クセ ス を 阻害 す る.
その 結 果,エ キ ソ ン5の スキ ップ が起 こる.
考 え られ る 割 合 が 想 像 以 上 に 高 く驚 い て い る.さ
らに,
さ れ て 発症 す る疾 患 も存 在 して い る と思 わ れ る.原 因 の
こ で 紹 介 した ア ル ツハ
わ か っ て い ない 非 遺 伝 性 の疾 患 に お い て は,こ の よ う な
イマ ー病 や 筋 萎 縮 性 側 索 硬 化 症 以 外 に も,環 境 因 子 や 各
異 常 ス プ ラ イ シ ング の 観 点 か ら発 症 機 序 を再 検 討 す る必
種 の ス トレ ス な どに よ りス プ ラ イ シ ング 制 御 機 構 が 障 害
要 が あ る.
遺 伝 性 で な い 疾 患 の なか に は,こ
蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.50No.4(2005)
341
以 上 の よ うに,ス
プ ラ イ シ ン グ は きわ め て 精 巧 に構 築
され た シ ス テ ム で あ る が,そ
れ と同 時 に,わ ず か な狂 い
で破 綻 を きた しや す い デ リ ケ ー トな シ ス テ ム で もあ る.
ス プ ラ イ シ ング 機 構 の 巧 妙 さ と “も ろ さ”の 二 面 性 を十
23)
24)
25)
26)
分 に 理 解 し,近 い 将 来,人
為 的 に そ の シス テ ム を う ま く
制 御 で き る技 術 開 発 が,ス
プ ラ イ シ ング異 常 を起 点 とす
27)
28)
こ こで 示 した研 究 成 果 の一 部 は,大 阪 大 学 大 学 院 医 学 系 研 究科
29)
30)
る疾 患 治 療 に望 まれ る.
遠 山正 彌 教 授 との共 同研 究 の 成 果 で あ り,感 謝 の意 を表 します.
31)
32)
1)
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2)
3)
4)
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今泉 和則
略 歴:1985年
1985年
東 京 農 工 大 学農 学 部 獣 医 学 科 修 士 課 程 修 了,
田 辺 製 薬(株)入 社,2000年
奈良 先 端科 学 技 術大 学
院 大 学 バ イ オ サ イ エ ン ス 研 究 科 助 教 授 を 経 て,2004年
宮 崎 大 学 医 学 部 教 授.研
より
究 テ ー マ:神 経 変 性 疾 患 の 分 子
機 構,細 胞 の ス トレス 応 答 機 構.