ノンコーディングRNA研究の魅力とその現状

特集
ノ ン コー デ ィ ン グRNA:現
状 と問 題 点
ノン コー デ ィングRNA研
その 現 状
究の魅 力 と
Non-coding
for
RNAs:
where
we are and
where
we are heading
塩見春彦
昔 か ら,多 くの研 究者 が生 物の “
複雑 さを生み 出す しくみ”をみつけたい と思 い研 究を行 なってきた.1998年
のFire
とMelloに よるRNAiの 発 見 が契機 とな り,RNAiに 類似 した経 路 ではた らく内 在性 の短鎖 ノンコー デ ィン グRNA
がつぎつ ぎに発見 された.ま た,網 羅 的な転 写産 物の解 析か らは,多 数のmRNA型
ノ ンコーデ ィングRNAが 見 い
だされ た.し かも,生 物 が複 雑 になれ ばな るほど,こ れ らノ ンコー デ ィン グRNAの
種 類 が増 え るよ うにみえ るた
め,ノ ンコー デ ィングRNAが 生 物の複 雑 さを決 め る しくみの重要 な一翼 を担 って いるので はな いか,と の新 しい コ
ンセプ トが提 唱された.こ の コンセ プ トは,ノ ンコーデ ィングRNA研 究 の方向性 に大 きな影響 をあたえた.短 鎖 ノ
ン コー デ ィン グRNAに
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mRNA型
関 して は この コンセ プ トを支持 す る デー タが 急 速 に蓄 積 してき た よ うにみ え る.一 方,
ノンコーデ ィングRNAに
●RNAi●miRNA●piRNA●
関 する研 究はゆ っく りと進 んでいる.
内 在 性siRNA●
ノ ン コー デ ィン グRNA
あ る4)(図1).
ヒ トと,た
Ⅰ 新 しいコンセプ トの誕生
と え ば 線 虫 の ゲ ノ ム と を比 較 す る と,蛋
白質
を コ ー ドす る 遺 伝 子 の 数 は ど ち ら も2万 ほ ど で あ り大 差 な い
ヒ トゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トの 大 き な 成 果 の ひ とつ は,蛋
質 を コ ー ドす る遺 伝 子 の 数 が,当
初 の 予 想 よ りず い ぶ ん と
少 な い こ と が 明 ら か に な っ た こ とで あ り,現
数 は2万 個 ほ ど と考 え られ て い る.も
は,ゲ
領 域(非
ノ ム 全 体 の 実 に 約98%以
白
在 で は,そ
の
う ひ とつ の 大 き な 成 果
上 が 蛋 白質 を コー ドしな い
コ ー ド領 域 あ る い は ノ ン コ ー デ ィ ン グ 領 域)で あ り,
しか も,そ
の 半 分 近 くが 転 移 因 子(transposable
こ と か ら,複
雑 な 生 物 は 限 られ た 種 類 の 蛋 白 質 の 発 現 を 時
空 間 的 に 指 定 し微 調 整 す る こ と に よ っ て,よ
トワ ー ク形 成 を可 能 に す る よ う な プ ロ グ ラ ム を も っ て い る の
で は な い か と 考 え ら れ る.ま
る 遺 伝 子 の99%は
トに の み,ま
た,ヒ
トの 蛋 白 質 を コ ー ドす
マ ウ ス に もそ の 相 同 遺 伝 子 が 存 在 し,ヒ
た は,マ
ウ ス に のみ 存 在 す る遺 伝 子 は きわめ
て 少 な い こ と か ら も,種
element)
り高 次 の ネ ッ
の 違 い や 表 現 型 の 変 動 は蛋 白質 を
お よ び そ の “残 骸 ”で し め ら れ て い る こ とが 明 らか に な っ た
コ ー ドす る 配 列 に あ る の で は な く,む
こ と で あ る1).一
制 御 プ ロ グ ラ ム の な か に あ る こ と は確 か で あ ろ う.こ
方,最
近 の 転 写 産 物 の 網 羅 的 な解 析 か ら,
こ れ ら非 コ ー ド領 域 を 含 む ゲ ノ ム の 大 半 が 実 は 転 写 さ れ て
は,い
い る こ と が 明 ら か に な っ て き た2,3).非
で あ り,個
さ れ る 転 写 産 物(非
RNA)の
コ ー ドRNAあ
種 類 と 数 は,生
傾 向 が み ら れ,し
コ ー ド領 域 か ら 産 生
る い は ノ ン コーデ ィ ング
物 が 複 雑 に な れ ば な る ほ ど増 え る
た が っ て,“ ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAに
よ
う ま で も な く,古
し ろ,遺
伝子発現 の
の こと
典 的 な セ ン ト ラ ル ドグ マ は 不 完 全
々 の 蛋 白 質 の 機 能 を 理 解 す る だ け で は,生
物 の
複 雑 さ を 生 み 出 す し くみ を 説 明 す る こ と は も は や 不 可 能 で
あ る こ と を示 し て い る.
RNAは,こ
れ まで 長 い あ い だ,DNAに
蓄 え られ た遺 伝
る ゲ ノ ム情 報 の発 現 制 御 こそ が生 物 の 複 雑 さ を生 み 出 して
情 報 を,機 能 分 子 で あ り細 胞 の構 造 ブ ロ ッ ク で もあ る 蛋 白 質
い る ”とい う新 しい コ ンセ プ トが 提 唱 さ れ る に い た っ た の で
に 翻 訳 す る た め だ け の,“ 情 報 を仲 介 す る 分 子 ”で あ る と 考 え
ら れ て き た.と
Haruhiko
Siomi
慶應義塾大学医学部 分子生物学教室
E-mail : [email protected]
蛋 白質 核 酸 酵 素•@ Vol.53
No.15
(2008)
ボ ザ イ ム,snRNA(small
nuclear
RNA,核
内 低 分 子RNA),snoRNA(small
nucleolar
RNA,核
小 体 低 分 子RNA),siRNA(small
interfering
RNA,小
分 子 干 渉RNA),miRNA(microRNA,マ
ロRNA),ア
1926 こ ろ が,リ
プ タ マ ー,リ
ボ ス イ ッチ,リ
イク
ボ セ ン サ ー,そ
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図1新
し い コ ン セ プ トの 誕 生
ゲ ノ ムDNA全
体 に対 す る,蛋 白 質 を コー ドして い な いDNA領
ンコー デ ィングDNAの
大 半 は 転 写 され て,さ
域(ノ ンコー デ ィン グDNA)の
まざ まな ノ ン コー デ ィン グRNAが
割 合 は,生 物 が 複 雑 に なれ ばな る ほ ど増 え る,し か も,こ の よ うな ノ
産 生 さ れる.し
たが って,“ ノ ンコ ーデ ィ ングRNAに
よる ゲ ノム情 報 の 発 現制 御 こ
そ が生 物 の 複 雑 さ を生 み 出 して い る”と い う新 しい コン セ プ トが提 唱 さ れ る にい た った.
[文 献4を 参 考 に作 成]
して,そ の ほか 多種 多 様 な機 能性 ノ ンコー デ ィングRNAが
よ うにmRNAの
発 見 され た こ とは,RNAが
が あ る.ま た,X染
蛋 白 質 に も匹敵 す る “機 能 分 子 ”
であ り,こ れ ら ノ ンコーデ ィ ングRNAが
遺 伝 子 発 現 を修 飾
半 減 期 や 翻 訳 活性 を変 化 させ た りす る もの
色 体 の不 活 性 化 に 関 与 す るXist RNA
に代 表 され る よ うに,ク
ロマ チ ン構 造 の修 飾 に 関 与 す る こ
す る制 御 経 路 の レパ ー トリー を大 き く広 げ て い る こ と を示
とで エ ピジ ェ ネ テ ィッ クな 遺 伝 子 発 現 制 御 に も直 接 に作 用
唆 す る.古
典 的 な ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAで
してい る.ま た,分 裂 酵 母 のmeiRNAに
(ribosomal
RNA,リ
ボ ソー ムRNA)も
あ るrRNA
また,ペ
プチ ド鎖
因子Mei2pの
よ る減 数 分 裂 制御
活 性制 御 に代 表 され る よ うに,あ る種 の ノ ン
形 成 を触 媒 す る リボザ イムで あ る ことが 明 らか となっ た こ と
コー デ ィン グRNAは
は記 憶 に新 しい.こ の よ うなRNAに
性 を もって 結 合 し,特 定 蛋 白 質 の活 性,さ
的 なRNA-RNA相
関 す る発 見 か ら,相 補
互 作 用 やRNA-DNA相
特 異 的 なRNA-蛋
白 質 相互 作 用,そ
酵 素 活 性 をつ う じて,RNAが
互 作 用,ま
して,RNA自
蛋 白質 や代 謝 産物 と高 い特 異 性 と親和
らに は,特 定 の
た,
遺 伝 子 発 現 の オ ン ・オ フ を制 御 す る ス イ ッチ と して機 能 す
体 が もつ
る こ と も明 らか で あ る.こ れ らの結 果 は,遺 伝 情 報 が わ れ
直 接 的 か つ特 異 的 な遺 伝 子 間
わ れ の ゲ ノ ム に どの よ うに 蓄 え られ て い る か,ま た,そ
の
の連 携 を可 能 に して お り,そ の 結 果,生 物 の複 雑 さを生 み
情 報 が きわ め て複 雑 な哺 乳 動 物 の発 生 を どの よ うに制 御 し
出す 基 盤 は,多 様 な レベ ル(染 色 体 の構 造 調 節 か ら蛋 白 質
て い るか,と
の活性 調 節 まで)に お いて ゲ ノム の活 性 を制 御 し調 和 させ る
“RNAプ ログ ラム ”に依 存 して い るの で は ない か
,と い うこ
え る こと にな った こ とは確 か であ る.こ の ような例 が増 え る
とが い わ れ は じめ た.
逃 され て きた重 要 な “遺 伝 子 ”で あ り,し か も,そ の 数 は蛋
転 写 産物 の網 羅 的 な解 析 や,最 近 の 次 世 代 型 シー クエ ン
い う こ とに 関す る わ れ われ の 理 解 を大 き く変
に した が って,ノ
ンコー デ ィン グRNAが
実 は,い ま まで見
白 質 を コー ドす る遺 伝 子 の 数 よ りは るか に 多 い の で は な い
サ ー を用 い た短 鎖 ノ ンコー デ ィングRNA解
析 の結 果 は,複
か,と 考 え られ る よう に なっ た.つ
雑 な生 物 の ゲ ノムか らの お も な出 力 は,む
しろ ノ ン コー デ
れ ば なる ほ ど,や は り“遺 伝 子 ”の 数 は増 え る,と い う こ と
ィ ングRNAで
は ない か との 印 象 を多 くの研 究 者 に あ た え
た.ノ ンコー デ ィングRNAの
ほか のRNAに
なか に は,snoRNAの
よ うに
作 用 して塩 基 配 列 を修 飾 した り,miRNAの
に な る.こ
ま り,生 物 が 複 雑 に な
の よ う な認 識 を決 定 づ け た の もの は,や
FireやMelloら
に よ り1998年 に発 見 され た,2本
は り,
鎖RNA
に よ り誘 導 さ れ る 配 列 特 異 的 な 遺 伝 子 発 現 の 抑 制 機 構
蛋白質 核酸 酵素•@ Vol.53
No.15
(2008)
1927
RNAi(RNA
interference,
RNA干
渉)で
“
miRNA
あ る5).
gene”
と い う 言 葉 が 用 い ら れ て い る)が ゲ ノ ム に
コ ー ドさ れ て い る と予 測 さ れ て い る8).
Ⅱ 新 しい コンセプ トを支持 しているよう
にみえる例:RNAサ
イレンシング
miRNAに
か7∼8塩
れ る.つ
1.miRNA
よ る 標 的RNAの
認 識 に は お も に5'末 端 の わ ず
基 が 関 与 し て お り,こ
ま り,個
の 配 列 はseed配
列 と よば
認 識 配 列 は,あ
る種 の制
々 のmiRNAの
限 酵 素 の 認 識 配 列 に 匹 敵 す る ほ どの数 が ゲ ノ ムの な か に存
こ の十 年,RNAiに
代 表 さ れ る,20∼30塩
鎖 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAが
鍵 となる遺 伝 子 発 現 制 御 機構 が
動 植 物 で つ ぎ つ ぎ に 明 ら か と な り,こ
的 にRNAサ
の よ う な 機構 は 包 括
イ レ ン シ ン グ[→ 今 月 のKey
と よ ば れ る よ う に な っ た6).RNAサ
る 機 構 は,短
RNA結
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silencing
鎖 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAが
標 的RNAに
そ の 代 表 例 で あ るmiRNAは,細
命 系 譜 の 決 定,幹
る.ま
月)で す で に800以
トで は,本
千 か ら 数 万 のmiRNA遺
複 数の標的
類 のmRNAが
よ り制 御 され て い る こ と も明 ら か に な っ て き て い
た,miRNAの
結 合 部 位 はす べ てmRNAの3'側
近,5'側
胞 死,細
胞 運
稿 を 執 筆 の 時 点(2008年8
同 定 さ れ て お り,し
伝 子(す
含 む 複 合 体RISCの
る 場 合 は 翻 訳 の 抑 制 で あ り,ま
た,あ
断 を と も な わ な い 分 解 で あ る.こ
で に 多 くの 論 文 で
結 合 部 位 周 辺 の 配 列(高 次 構 造 形 成 の 有 無 な ど)と,そ
が っ て,miRNAの
合 部位 の 隠蔽 また は
た
作 用 は “文 脈 依 存 的 ”で あ る と い え る12).
的RNAに
イ レ ン シン グ に共 通 す る機 構
配 列非 特 異 的 なRNA
結 合 し,こ
の
中 核 と す る 作 動 複 合 体RISCが,標
ガ イ ドする た めの 配 列 特異 性 決 定 因 子 と
して機 能 す る.
(2008)
こに
露 出)と の 組 合 せ に よ っ て 微 妙 に 変 化 す る よ う で あ り,し
Argonauteを
No.15
切
の よ う な 制 御 は,miRNA
相 互 作 用 す る ほ か の 蛋 白 質(miRNA結
か
作 用 は,あ
る場 合 はmRNAの
結 合 蛋 白 質 で あ るArgonauteと
Vol.53
非翻
た10,11).そ の う え,miRNAを
短 鎖 ノ ンコー デ ィ ングRNAが
蛋 白質 核 酸 酵 素•@
非翻
い う も の で あ る(図2).
図2RNAサ
1928 複 数 の
訳 領 域 や コ ー ド領 域 に も 存 在 す る こ と が 明 ら か に な っ て き
生段 階 の 時 間 的 制 御 な
上 のmiRNAが
類 のmiRNAは
た,1種
訳 部 位 領 域 に 存 在 す る と 思 わ れ て い た が,最
ま ざ ま な 生 物 学 的 プ ロ セ ス に 関 与 して い る こ と が 明
確 に な っ て き た7).ヒ
よ り制 御 さ れ て い る も の と 見 積
か も,1種
発 現 を 抑 制 し,ま
ぼす べ て の遺 伝
ガ イ ドす る た め の 配 列
胞 増 殖,細
細 胞 の 維 持,発
RNAの
結 合 し,こ
induced
トの 蛋 白 質 を コ ー ドす る 遺
そ ら く,ほ
子 の 発 現 が こ れ らmiRNAに
miRNAに
の
ら に,ヒ
伝 子 の 少 な く と も30%以上,お
配列 非特異 的な
中 核 と す る 作 動 複 合 体RISC(RNA
complex)が
在 す る こ と に な る.さ
も ら れ て い る9).し
イ レ ンシ ン グに 共通 す
特 異 性 決 定 因 子 と し て 機 能 す る,と
も,数
Words(p.1925)]
合 蛋 白 質 で あ るArgonauteと
Argonauteを
ど,さ
基 か らな る短
これ らの こ とは,こ れ まで まった く思 い もよ らなか った きわ め
て複雑 な制 御 ネッ トワー クの 階層 が 存在 す るこ とを示唆 す る.
miRNAの
標 的 認 識 に はseed部 分 の7∼8塩
基の比重が
合 体 が 転 移 因 子 か らの 転 写 産 物 を切 断 す る こ と,
また,転 移 因子 が 位 置 す る染 色 体 領 域 のヘ テ ロ クロマ チ ン
化 やDNAメ
チ ル化 に関 与 す る こ とを示 唆 す るデ ー タが蓄 積
きわめ て 高 い た め,こ の 部 分 の1塩 基 の変 化 は標 的 遺 伝 子
して きた18).ま た,piRNA自
の変 化 とな り,一 方,seed配
ス制 御)の み な らず,相 補 性 が 十分 に高 い場 合 には トラ ンス
基 置 換 は,miRNAの
列 と相 補 的 な標 的 部 位 の1塩
作 用 を弱 め た り増 強 した り,ま た,
あ る場 合 に は新 た な 結 合 部 位 の 出現 につ なが っ た りす る.
実 際,非
コ ー ド領 域 の1塩
miRNA作
用 の 変 化 に よ り,表 現 型 が 変 動 す る例 が みつ か
りは じめ て い る13).
一 方 で ,個 々のmiRNAに
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- PIWI複
基 の 変 化 とそ れ に と も な う
(piRNA自
体 が 由 来 す る領 域 の制 御(シ
体 が 由 来す る領 域 とは 別 の領域)に も作 用 し,そ
の標 的 に は蛋 白質 を コー ドす る遺伝 子 が含 まれ る.
さ らに,転 移 因子 が ク ラ ス ター して い る領 域 は ヘ テ ロ ク
ロマ チ ン化 され 転 写 レベ ルで 不 活 性 化 され て い るが,こ
の
ヘ テ ロ ク ロマ チ ン化 の 影 響 は近 傍 の遺 伝 子 に まで 及 ぶ こ と
関 して は,遺 伝 学 的 に明 確 にそ
が 知 られ て い る(た とえば,シ
ョウ ジ ョウバ エ の斑 入 り位 置
の機 能が わか って いる もの は意 外 に少 ない こ とも事 実 で ある.
効 果,position
た とえば線 虫 の場 合,順 遺伝 学 に よ り同定 されたmiRNAは,
に転 移 因 子 の 発 現 を抑 制 す る こ とで ゲ ノムの 品 質 管 理 に 関
発 生 段 階 の 時 間 的 制 御 に関 与 す るlin-414)とlet-715),そ し
与 して い るだ けで な く,miRNAの
て,神 経 細 胞 の 非 対称 分化 にか か わ るlsy-616)の3種 類 くら
制 御 ネ ッ トワー ク に組 み 込 まれて い る こ とがみ えて きた19).
いで あ る.こ れ は,ひ とつ にはmiRNAも
これ は,“exaptation” の一 例 で あ る と考 え られ る.つ ま り,
ィ ングRNAは
含 め た ノ ンコー デ
フ レー ム シ フ トや ナ ンセ ンス 変 異 か らのが れ
effect variegation).つ
ま り,piRNAは
単
ように細 胞 の 遺伝 子 発 現
転 移 因 子 は長 い あ い だ “利 己 的 ”DNAま
た は “パ ラサ イ ト”
てお り,古 典 的 な遺 伝 学 に よ る ス ク リー ニ ン グで は発 見 が
DNAと
困 難 で あ る た め と考 え られ て きた.し か し一 方 で,最
近の
が,進 化 の 過 程 で これ ら転 移 因 子 と宿 主 との相 互作 用 は宿
線 虫 にお け る網 羅 的 なmiRNA遺
伝 子 変 異 体 の作 製 の結 果
主 の ゲ ノム に さま ざ ま な変 化 を生 み 出 し,そ の変 化 の な か
が物 語 る よ うに,多
一miRNA遺
伝子 の変異
か ら,た また ま宿 主 の 生 存 に都 合 の よ い もの は 宿 主 の ゲ ノ
は 明確 な表 現 型 の 変化(発 生 の異 常 や 生 存 率)と して は現 わ
ム情 報 の 発 現 制 御 機 構 に組 み 込 まれ て きた こ と を示 唆 す る
れ な い こ と も事 実 で あ る17).こ れ は,多
結 果 で あ る.piRNAの
くの場 合,単
能 は冗 長(redundant)で
くのmiRNAの
機
あ って,二 重 三 重 のバ ッ クア ップ
み な され,宿 主 に害 を及 ぼす もの と考 え られ て きた
なか に は,単 純 な配 列 比 較 か らで は
明 らか に そ の標 的 が 転 移 因子 で は な い もの が 多 数 存 在 し,
が あ る ため と解 釈 されて い る.真 核 生 物 はそ の よ う に頑 丈
今 後,こ れ ら転 移 因 子 を直 接 の標 的 と しないpiRNAの
(robust)に つ くられ て い る ら しい.線 虫 の 場 合,miRNA
解 析 の 結 果 が待 た れ る.
遺 伝 子 は135個 程 度 と予 想 され て お り,す で に同 定 され た
もの だ け で も800個 以 上 が 存 在 す る ヒ トの 場 合,そ
性 は さ らに高 い もの と思 わ れ る.た
だ し,こ の 冗 長 性 は,
単 純 な バ ッ クア ップ とい う意 味 で は な く,さ
きわめ て複 雑 なmiRNAに
の冗長
き に述 べ た,
よ る制 御 ネ ッ トワー クが形 成す る
発 現 し て い る こ と も わ か っ て きた.こ
siRNA,miRNAに
の う ち,
つ ぐ第3の 短 鎖 ノ ンコー デ ィ ングRNA
で あ るpiRNA(Piwi-interacting
RNA)の
発 現 は,生 殖 細
が 明 らか にな っ た20).こ の ク ラス の 短 鎖 ノ ン コー デ ィ ング
の 大 き さや生 合 成経 路 が 明 らか にpiRNAと
短 鎖 ノ ンコー デ ィ ングRNAと
写 産 物 とが形 成 す る2本 鎖RNAだ
セ ンスRNA)と
で そ の3'側 非 翻 訳 領 域 が 部 分 的 に オー バ ー
ラ ップ した領 域 で あ っ た り,逆 向 き反 復 配 列 を もつ1本 鎖
前 駆 体 に 由来 す る 内在 性siRNAは,蛋
ブ グル ー プ の もの と相 互 作 用 して お り,piRNA
けで な く,蛋 白質 を コー
ドす る遺 伝 子 の 転 写 産 物 とそ の 反 対 鎖 の 転 写 産物(ア ンチ
る.piRNAは,そ
PIWIサ
して内 在
よば れ て い る.内 在 性siRNA
RNAが
うち
は
の 前 駆 体 は,転 移 因 子 の セ ンス転 写 産 物 とア ンチ セ ンス転
胞 に ほ ぼ限 定 され て お りそ の 多 くが転 移 因 子 に 由 来 して い
の名 が 示 す よ うに,Argonauteの
発 現 して い る こ
して,こ れ らが 転 移 因子 の抑 制 に 関 与 して い る こ と
性siRNA(endo-siRNA)と
外 に もそ れ に類 似 した,
膨 大 な 数(数 十 万 ∼ 数 百 万 種 類)の 短 鎖 ノ ン コー デ ィ ング
RNAが
と,そ
胞)を 用 い
同様 に,転 移 因 子
に 由来 す る 短 鎖 ノ ン コー デ ィ ン グRNAが
異 な るた め,第4の
内 在 性siRNA
われ わ れの 細 胞 に は,miRNA以
た解 析 か ら,体 細 胞 に おい て もpiRNAと
RNAは,そ
機 能 的 な冗 長性 で あ る.
2.piRNAと
シ ョウ ジ ョウバエ体 細 胞 由来 の培 養細 胞(S2細
機能
とる 長 い ス テ ム ルー プ で あ った りす る.こ の2つ の
白 質 を コー ドす る遺
伝 子 の発 現 抑 制 に関 与 して い る とい う結 果 が で て い る.マ
蛋白質 核酸 酵素•@ Vol.53
No.15
(2008)
1929
ウ ス 卵 で も 同 様 の 内 在 性siRNAが
味 深 い こ と に,こ
の 一部 は 偽 遺 伝 子 領 域 に 由 来 し,し
ま り,す
か も,
は や滅 びて 機 能 をな くした と考 え ら
列 が,RNAと
して 発現 す る こ とで遺 伝 学
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ら に,短
短 鎖 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAが
され る.そ
で 多 くの疾 患 の 関 連解 析 が 行 なわ れ た結 果,蛋
して,こ
この よ うな ノ ンコーデ ィングRNAと
る 分子 の異 常 ・破綻 に と もな う疾 患 発 症 の分 子 機構 を解 析
鎖 ノンコーデ ィング
しか し現 在 まで,こ
デ ィン グRNAに
同 定 され る こ とが予 想
れ ら機 能 が わ か りは じめ た ノ ン コー
お いて も共通 の分 子 機構 を見 い だす の はむ
ず か しい.こ の よう な “機能 性 ”mRNA型
RNAは
れ ら短 鎖 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAは,き
高 次 生 命現 象 に はた
す役 割 を理 解 す る こ とが 可能 に なる もの と期待 されて い る.
ノ ンコーデ ィ ング
種 間 にお け る 配列 の保 存 性 が低 い こ とか ら,多 くの
わ め て 複 雑 な 制 御 ネ ッ ト ワ ー クの 階 層 を 形 成 し て い る だ ろ
mRNA型
う.そ
性 に依 存 して い る ので は な く,1本 鎖RNAが
の 際 に 重 要 に な っ て く る こ と は,大
ー デ ィ ン グRNAの
白質 を コー
して機 能す る と考 え られ
す る こ とで,ノ ン コー デ ィ ングRNAが
世 代 シ ー ク エ ンサ ー と 洗 練 さ れ た バ イ オ イ ン フ
遺 伝 子 ク ロ ー ニ ン グ 法 を 改 良 し て い く こ と で,第5,
第6の
らに,現 在 ま
見 い だす こ とが で きない 例 も増 え て きて い る.し たが って,
ォ マ テ ィ ク ス を 駆 使 し,さ
RNAの
どで あ る.さ
で に 蛋 白 質 を コ ー ド し て い な い “偽 遺 伝
的 活 性 を もつ 可 能 性 が 示 さ れ た の で あ る.
今 後,次
associated RNAな
ドす る領 域(エ キ ソ ン)に は明 瞭 な 関 連 変 異 あ る い は多 型 を
子”,い い 換 え れ ば,も
れ て い たDNA配
れ るCMPD
制 御 して い るこ とも明 らか とな
相 同 な 配 列 を も つmRNAを
っ た.つ
見 い だ さ れ て い る が,興
量 の短 鎖 ノ ン コ
機 能 解 析 を行 な う こ とを可 能 にす るハ イ
ス ル ー プ ッ トな ア ッ セ イ 系 の 開 発 で あ る.
ノ ンコー デ ィン グRNAの
機 能 は単 純 な 配列 相 補
分子内で形成
す る2次 構造 お よび3次 構 造 に依 存 して い る もの と考 え られ
て い る.こ の こ とは,mRNA型
ノ ンコー デ ィン グRNAを
コー ドす る ゲ ノム 領域 を,現 在 の種 間 で の配 列 保 存 性 に依
存 した遺 伝 子 発 見 プ ロ グ ラ ムで 見 い だ す こ とは 困 難 で あ る
Ⅲ 研究がゆっくりと進展 している例:
mRNA型
ノンコー デ ィングRNA
こ とを示 して い る.し た が っ て,mRNA型
グRNAの
転 写 産 物 の 網 羅 的 な 解 析 結 果 は 多 くの 研 究 者 に,“ わ れ わ
れ の 細 胞 に は膨 大 な 数 の ポ リ(A)鎖
を もつmRNA型
ー デ ィ ン グRNA[→今月のKey Words(p.1924)]が
い る ”と い う 印 象 を あ た え た.し
ィ ン グRNAの
発 現 して
か も,こ
れ らは ノ ンコー デ
“氷 山 の一 角 ”に す ぎ ず,細
を も た な い200塩
胞 は ポ リ(A)鎖
基 以上 の 長 鎖 ノ ン コー デ ィ ン グRNAを
量 に 発 現 し て い る の で は な い か と 予 想 さ れ た.そ
で,こ
ノンコ
大
の一方
れ らほ と ん どが 転 写 の “ノ イ ズ ”で あ ろ う と の 懐 疑 的
の2∼3年
の あ い だ に,光
与す るTUG121)(6.3kb)(6.3kb),乳
わ るPINC22)(6.3kb),転
Evf-223)(7.5kb),そ
受容 体の分化 に関
腺 細 胞 の 増 殖 と生 存 にか か
写 の コ ア クチ ベ ー ター で あ る
して,HOX遺
の 染 色 体 に 位 置 す るHOX遺
だ.た
と え ば,デ
1930 ー デ ィ ン グRNAを
体 系 的 に探 索 し 同定 す る “構 造 の 相 同
性 ”検 索 とア ル ゴ リズ ムの 開 発 が 必 要 にな って くる.
一
方
,興 味深 い こ とに,こ れ らノ ンコー デ ィングRNA研
究 の進 展 に と もない,機 能 が 明 らか に な ったmRNA型
コー デ ィ ン グRNAの
mRNA型
どが 同 定 さ れ,
ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAに
代 後 半 か ら は,疾
ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAの
は
つ ま り,こ のmRNA型
の付 加 な ど
ノ ン コー デ ィン グRNA独
か って きた[本 特 集 中 川 真
mRNA型
一・石 田 賢 太 郎 の 項,お
核 内 繋 留 機構 の解 析 か ら,多 くの
ノ ンコー デ ィ ングRNAが
共 有 す る分 子 機構 を 見
い だ す 手 がか りを得 る こ とが で きるか も しれ ない.
ま た,細
胞 質 に 局 在 す るmRNA型
ノンコーデ ィング
発 現 制 御 機 構 が 明 らか に な っ て き た.こ
(2008)
よび,
の よ うな核 内 に 局在 す るmRNA型
報 告 が あ いつ い
脊髄 小脳 変性 症 の原 因遺 伝 子
特 の細 胞
内動 態 は,そ の 機 能 と密 接 に 関連 して い る ら しい こ とが わ
RNAの
天性 骨 奇 形 症 候 群 との 関 連 が 示 唆 さ
No.15
リ(A)鎖
患 との 関連 が 疑
ィジ ョー ジ症 候 群 の原 因 遺伝 子 の 候 補 領
蛋 白質 核 酸 酵 素•@ Vol.53
多 くは,ポ
ノン
の 修 飾 を うけ てい るに もか か わ らず 核 外 輸 送 され
ノンコー デ ィン グRNAの
域 か ら 発 現 す るDGCR5,8型
の 転 写 産 物SCA8,先
ノンコ
廣 瀬 哲 郎 の 項 参 照].こ
重 要 な 機 能 を もつ も の の 存 在 す る こ とが 明 ら か に な り は じ
わ れ るmRNA型
機 能ユ
ニ ッ トの2次 構 造 ・3次 構 造 を基 本 と したmRNA型
伝 子 座 の エ ピ ジェ ネテ ィ ックな
期 待 され た よ う に,mRNA型
た,1990年
る ゲ ノム配 列 デー タベ ー ス を利 用 す る こ とでRNAの
伝 子 座 か ら転 写 され別
発 現 制 御 に か か わ るHOTAIR24)(2.2kb)な
め て い る.ま
包 括 的研 究 か ら得 られ る成 果 と,急 速 に充 実 す
る こ とな く核 内 に と ど ま り機 能 を発 揮 して い る ら しい こ と,
な 印 象 を い だ い て い る 研 究 者 も多 い.
し か し,こ
ノ ン コーデ ィ ン
mRNA型
研 究 を とお して,も うひ とつ の重 要 な ゲ ノム情 報 の
ノ ンコー デ ィン グRNAは
ドす るmRNAだ
れ は,結
局,
低 分 子 ペ プチ ドを コー
っ た,と い う もの で あ る[本 特 集 影 山 裕
二 ・稲 垣 幸 の 項 参 照].mRNA型
ノ ン コー デ ィ ングRNA
が ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAと
分 類 さ れ て い る 根 拠 は,80ア
ミ ノ酸 残 基 以 上 を コ ー ドす るORF(open
翻 訳 の 読 み 枠)を
mRNA型
と れ な い,と
い う こ と で あ る.と
ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAと
な か に,数
reading
共 同 し(も ちろ ん,こ れ らが 同 じ研 究 室 内で 行 な われ る こ と
frame,
が最 善 であ る),丹 念 か つ 地 道 な研 究 を積 み重 ねて い くこ と
こ ろ が,
に よ り,長 鎖 ノ ンコーデ ィ ングRNAの
分 類 さ れ て いた もの の
ア ミ ノ 酸 残 基 か ら数 十 ア ミ ノ酸 残 基 の 大 き さ か
らな る生 理 活 性 を もつ 低 分 子 ペ プ チ ドを コ ー ドす る “mRNA”
が み つ か っ て きた.現
在,“ ノ ン コ ー デ ィ ン グRNA”
ドす る 低 分 子 ペ プ チ ドの 探 索 は,そ
のORFが
れ て い る こ と を 指 標 に 進 め ら れ て い る.今
が つ づ き,さ
ら に,mRNA型
グRNAの
い くつ かの カテ ゴ リーへ の 分 類 が あ るの か も しれ
な い.
が コー
文
種 間で保 存 さ
後,類
作 用 機 序 を理 解 して
い く こ とで あ ろ う.そ の延 長 線 上 に,長 鎖 ノ ンコー デ ィ ン
似 の発 見
ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAの
か に 種 間 で の 保 存 性 が 低 い ま た は ま っ た く な い,つ
な
ま り,
献
1) International Human Genome Sequencing Consortium: Nature,
409, 860-921 (2001)
2) Carninci, P. et al.: Science, 309, 1559-1563 (2005)
3) ENCODE Project Consortium: Nature, 447, 799-816 (2007)
Database Center for Life Science Online Service
種 に 固 有 の 生 理 活 性 低 分 子 ペ プ チ ドを コ ー ド して い る も の
4) Mattick, J. S.: Nature Rev. Genet., 5, 316-323 (2004)
が み つ か っ て く れ ば,“ 低 分 子 ペ プ チ ドに よ る ゲ ノ ム 情 報 の
5) Fire, A. et al.: Nature, 391, 806-811 (1998)
発 現 制 御 こ そ が 生 物 の 複 雑 さ を 生 み 出 して い る ”と い う 新 し
6) Tomari, Y., Zamore, P. D.: Genes Dev., 19,517-529 (2005)
7) Stefani, G., Slack, F. J.: Nature Rev. Mol Cell Biol., 9, 219-230
い コ ンセ プ トが 提 唱 さ れ る よ う な 状 況 が お とず れ る か も しれ
(2008)
な い.
8) Miranda, K. C. et al.: Cell, 126, 1203-1217(2006)
長 鎖 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAの
あ る.さ
作 用 機 序 は きわ めて 多様 で
き に あ げ た も の だ け で は な く,1次
例 で は,た
RNAで
と え ば,シ
ロイヌナ ズナの ノ ンコーデ ィング
あ るIPS1は,リ
miRNA(miR-399)の
ン 酸 に よ り発 現 が 誘 導 さ れ る
結 合 部 位 を も つ が ミス マ ッチ が あ る た
め 切 断 が 起 こ ら な い こ と でmiR-399を
わ か っ た.し
配 列 に依 存 す る
隔 離 して い る こ と が
た が っ て,IPS1RNAの
399の 実 際 の 標 的 で あ るPHO2
と が 示 さ れ た25).こ
過 剰 発 現 は,miR-
mRNAの
れ は,ノ
蓄 積 につ なが る こ
標 的 を擬 態 す る(“target
miRNAの
機 能 を調 節 して い る もの と 考 え られ て い る.も
した ら,細 胞 質 に 局 在 す るmRNA型
mimicry”)こ
とに よ り
しか
ノ ン コ ー デ ィ ン グRNA
に は こ の よ う な も の が 多 い の か も し れ な い.ま
型 ノ ン コ ー デ ィ ン グRNAがmiRNAな
104, 9667-9672 (2007)
11) Duursma, A. M. et al.: RNA, 14,872-877 (2008)
12) Kedde, M. et al.: Cell, 131, 1273-1286 (2007)
13) Chang, T.- C., Mendell, J. T.: Annu. Rev. Genomics Hum. Genet.,
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14) Lee, R. C., Feinbaum, R. L., Ambros, V.: Cell, 75, 843- 854 (1993)
15) Reinhart, B. J. et al.: Nature, 403, 901-906 (2000)
16) Johnston, R. J., Hobert, O.: Nature, 426, 845-849 (2003)
17) Miska, E. A. et al.: PLoS Genet., 3, e215 (2007)
ン コ ー デ ィ ン グRNAが
miRNAの
9) Du, T., Zamore, P. D.: Development, 132, 4645-4652 (2005)
10) Lytle, J. R., Yario, T. A., Steitz, J. A.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
た,mRNA
どの短 鎖 ノ ンコー デ
18) Aravin, A. A. et al.: Science, 318, 761-764 (2007)
19) Siomi, H.,Siomi, M. C.: Curr. Opin. Genet. Dev., 18,181-187 (2008)
20) Okamura, K., Lai, E. C.: Nature Rev. Mol. Cell Biol., 9, 673-678
(2008)
21) Young, T. L., Matsuda, T., Cepko, C. L.: Curr. Biol., 15, 501-512
(2005)
ィ ン グRNAを
コ ー ドし て い る 例 も み つ か っ て きて い る.最
22) Ginger, M. R. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103,5781-5786
近,miRNAの
核 内 前 駆 体(pri-miRNA)の
(2006)
23) Feng, J. et al.: Genes Dev., 20, 1470-1484(2006)
プ ロ セ シ ン グが
発 生 段 階 や が ん な どの疾 患 に お い て抑 制 され て い る例 が頻
24) Rinn, J. L. et al.: Cell, 129, 1311-1323(2007)
繁 に 見 い だ さ れ て お り26),mRNA型
RNAの
な か に は,こ
ノ ン コ ー デ ィ ング
の よ う な プ ロ セ シ ン グ ま え のRNA前
駆 体 を 検 出 した も の も 多 く含 ま れ る の か も し れ な い.
今 後 に 重 要 な こ と は お そ ら く,RNAとRNA結
25) Franco-Zorrilla, J. M. et al.: Nature Genet, 39, 1033-1037(2007)
26) Viswanathan, S. R, Daley, G. Q.,Gregory, R. l.: Science,320,97-100
(2008)
合蛋 白質
の 生 化 学 的 な 性 状 を 理 解 しそ れ ら を解 析 し て い くた め の ト
塩 見 春 彦
レー ニ ン グ を う け たRNA生
物 学 研 究 者 と,洗
練 され たバ イ
p.1923参
照.
オ イ ン フ ォマ テ ィ ク ス が 駆 使 で き る コ ン ピ ュ ー タ科 学 者 と が
蛋白質 核酸 酵素•@ Vol.53
No.15
(2008)
1931