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ノンコーディングRNA(non-coding RNA、ncRNA、非コードRNA)はタンパク質へ翻訳されずに機能するRNAの総称であり、非翻訳性RNA(non-translatable RNA)ともいう。ノンコーディングRNAを発現する遺伝子を、ノンコーディングRNA遺伝子あるいは単にRNA遺伝子と呼ぶことがある。

◆ 概要

ノンコーディングRNAとは、タンパク質に翻訳されるmRNAに対して付けられた総称に過ぎず、以下に述べるように20ヌクレオチド程度の低分子量のものから100 kbにも至るような様々なノンコーディングRNAが報告されている。その分子量の違いから容易に推測されるように、機能分子としてのノンコーディングRNAに共通点は見られず、従ってその生理機能も多様である。

ノンコーディングRNAはしばしば機能性RNA(functional RNA)と言い表されることがあるが、一部のアンチセンスRNAでみられるように、転写産物であるRNA分子それ自体には生物学的な機能がなく、その遺伝子座で転写が起こることが重要である場合や、そもそもノンコーディングRNA遺伝子そのものが生体にとって必要でない場合もみられるため、厳密にはすべてのノンコーディングRNAが機能性RNAであるわけではない。

最も有名で量も多いノンコーディングRNAは、翻訳過程で機能する転移RNA(tRNA)とリボソームRNA(rRNA)であるが、それ以外にも、1980年代初期の低分子量核内RNAの発見や、1990年代後期のマイクロRNAの発見など、基本的な代謝から個体発生や細胞分化までの実に様々な生命現象に関与するノンコーディングRNAが数多く見出されており、ノンコーディングRNAは以前考えられたよりもはるかに重要な役割を有すると考えられるようになった。

◆ ノンコーディングRNAの分子ファミリー

RNAの構造は一次構造(塩基配列)、二次構造(相補鎖形成によるステムループ、バルジ、シュードノットなどの構造)、三次構造(分子の全体あるいは一部がとる立体構造)の観点から述べることができるが、ノンコーディングRNAの一部は進化的に保存された一次構造、あるいは二次構造を含むことが知られており、これらの構造上の特徴が生化学的な分子活性に重要であることが示されている。このような構造上の特徴をもとに、ノンコーディングRNAは大きく以下のように分類することができる。

◇ 転移RNA(transfer RNA、tRNA)

転移RNA(てんい-、transfer RNA)は73〜93塩基の長さの小さなRNAであり、翻訳反応において、合成中のポリペプチド鎖にアミノ酸を転移させるためのアダプター分子である。通常tRNAと略記されるが、運搬RNA、トランスファーRNAなどとも呼ばれる。アミノアシルtRNA合成酵素の働きにより、それぞれ特定のアミノ酸と結合してアミノアシルtRNA(amino acyl-tRNA)となる。tRNAに含まれるアンチコドンはリボソーム中でmRNA上の塩基配列(コドン)を認識し結合する。この過程でmRNA上の塩基配列に対応した正しいアミノ酸がポリペプチド鎖に取込まれる。また、ある種のtRNAはレトロトランスポゾンの逆転写反応のプライマーとして機能することが知られている。

◇ リボソームRNA(ribosomal RNA、rRNA)

リボソームRNAは翻訳反応を司るリボソームの主要な構成成分であり、通常rRNAと省略して表記される。細胞内でもっとも大量に存在するRNA種である。真核生物では、リボソーム大サブユニット(60Sサブユニット)に28S, 5.8S, 5S RNAが、小サブユニット(40Sサブユニット)に18Sが含まれている。一方、原核生物には大サブユニット(50Sサブユニット)に23S, 5Sが、小サブユニット(30Sサブユニット)に16Sが含まれている。リボソームは40種類以上のリボソームタンパク質を含むリボ核酸複合体であるが、原核生物ではペプチド結合の生成反応が大サブユニット中で進行し23S rRNAが触媒活性に関与する事がわかっている。rRNAは最も詳細な研究が行われているノンコーディングRNAである。

◇ mRNA型ncRNA(mRNA-like non-coding RNA)

poly(A)鎖を持ち、しばしばスプライシングを受ける高分子量(数百塩基〜)の非コードRNA分子の総称。マウスでは、44,147種類のpoly(A)⁺ RNAが同定されており、このうちの53%に相当する23,218種類が非コードRNAである可能性を指摘されているが、これらはmRNA型ncRNAに分類される。mRNA型ncRNAの代表例としては、哺乳類の遺伝子量補償に重要な役割を果たすXist RNAや、同じくショウジョウバエの遺伝子量補償に関与するroX RNAなどが知られている。また、SRA(steroid hormone RNA activator)はステロイドホルモンの受容体と結合し、転写の活性化に関与することが知られている。しかしながら、これらの例外を除き、ほとんどのものは機能が判っておらず、実際にRNA分子として機能しているかどうかを含め、不明な点が多く残されている。

◇ small nuclear RNA(snRNA、核内低分子RNA)

snRNAは真核生物の核に見られる小型RNAの一群であって、RNAスプライシング(hnRNAからイントロンを除去する)や、テロメアの維持など、様々な重要な過程に関わっている。必ず特異的なタンパク質と会合しており、これらの複合体はsnRNP(small nuclear ribonucleoprotein)と呼ばれる。

◇ small nucleolar RNA(snoRNA、核小体低分子RNA)

snoRNAはrRNAや他のRNAの化学的修飾(メチル化など)に関与する一群の低分子RNAである。snoRNAはタンパク質と複合体(snoRNP)を形成し、核内の核小体に局在する。snoRNAがターゲットとなるRNAと相補的に結合し、タンパク質が反応を触媒する。

◇ microRNA(miRNA、マイクロRNA)

miRNAは特定の他の遺伝子のmRNAに対する相補的配列を有し、その遺伝子の発現を抑制する。

◇ mRNAの非翻訳領域

原核生物・真核生物を問わず、いくつかのmRNAでは、タンパク質として翻訳されない領域(untranslated region: UTR、非翻訳領域)の中に、シスに(つまり連結した配列上で)機能する制御配列を含む場合がある。特に原核生物ではこのような制御配列が多く同定されており、RNAの分子機能を考える上でUTRに含まれる制御配列は非常に重要である。代表的なUTRの制御配列として、特定の代謝産物と直接結合することで転写終結や翻訳を制御する配列“リボスイッチ”や、翻訳終止の代わりにセレノシステイン挿入を指示する配列“SECIS”(セレノシステイン挿入配列)がある。

◇ その他のncRNA

; gRNA

: gRNA(guide RNA)は、トリパノソーマにおけるキネトプラスチド(ミトコンドリア)のRNA編集に働くRNAである。トリパノソーマにおけるRNA編集では、mRNA上で数塩基のウラシル(U)が挿入または除去されることが知られているが、gRNAはmRNAの対応する配列に相補的に結合する配列を含み、編集装置であるeditosomeの一部としてmRNA編集をガイドする。

:なお、単に"guide RNA"というときは、相補的結合によってRNA・タンパク質複合体を標的核酸分子へとガイドするRNA(snoRNAを指すことが多い)という広い意味で用いられることが普通である。

; signal recognition particle RNA(SRP RNA)

: SRP(signal recognition particle)は細胞質にあるRNA-タンパク質複合体で、細胞外に分泌されるタンパク質のシグナル配列を認識する。真核生物のSRPにおけるRNA成分は4.5S RNAと呼ばれる。

; pRNA

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