RNA
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pre-mRNAのヘアピンループ。核酸塩基（緑）とリボース-リン酸骨格（青）が強調表示されている。これは、自身に折り畳まれた一本鎖RNAである。

リボ核酸( RNA ) は、ほとんどの生物学的機能に不可欠な高分子であり、それ自体で機能を果たす (非コード RNA ) か、またはタンパク質を生成するための鋳型を形成する(メッセンジャー RNA ) ことによります。RNA とデオキシリボ核酸(DNA) は核酸です。核酸は、既知のすべての生命体に不可欠な 4 つの主要な高分子の 1 つを構成します。RNA はヌクレオチドの鎖として組み立てられます。細胞生物は、メッセンジャー RNA (mRNA) を使用して、特定のタンパク質の合成を指示する遺伝情報を (文字 G、U、A、および C で表される、窒素塩基のグアニン、ウラシル、アデニン、およびシトシンを使用して) 伝達します。多くのウイルスは、 RNAゲノムを使用して遺伝情報をエンコードします。

一部のRNA分子は、生物学的反応を触媒したり、遺伝子発現を制御したり、細胞シグナルへの反応を感知して伝達したりすることで、細胞内で積極的な役割を果たします。これらの積極的なプロセスの一つにタンパク質合成があります。これは、RNA分子がリボソーム上でタンパク質の合成を指示する普遍的な機能です。このプロセスでは、転移RNA（tRNA）分子を用いてアミノ酸をリボソームに運び、そこでリボソームRNA（rRNA）がアミノ酸を連結して、コード化されたタンパク質を形成します。

地球上の生命の歴史の初期、DNAやおそらくはタンパク質ベースの酵素の進化以前には、「RNAワールド」が存在し、そこではRNAが生物の遺伝情報の保存方法（今日ではRNAウイルスを除いてDNAが果たしている役割）として機能し、細胞内で触媒機能を果たす可能性もあった（今日ではリボソームという注目すべき重要な例外を除いてタンパク質酵素が果たしている機能）ことは科学において広く受け入れられている[1] 。

RNAの化学構造

基本的な化学組成

siRNA中のワトソン・クリック塩基対。水素原子は示されていない。

RNA中の各ヌクレオチドは、炭素に1'から5'まで番号が付けられたリボース糖を含む。1'位には、一般的にアデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）、またはウラシル（U）が塩基として結合している。アデニンとグアニンはプリンであり、シトシンとウラシルはピリミジンである。リン酸基は、1つのリボースの3'位と次のリボースの5'位に結合している。リン酸基はそれぞれ負に帯電しているため、RNAは荷電分子（ポリアニオン）となっている。塩基は、シトシンとグアニンの間、およびアデニンとウラシルの間に標準的な 水素結合を形成するが、グアニンとウラシルは非標準的なG-Uゆらぎ塩基対を介して対合することができる。[ 2 ]しかし、アデニン塩基のグループが隆起部で互いに結合したり、[ 3 ]グアニン-アデニン塩基対を持つ GNRAテトラループなど、他の相互作用も可能である。 [ 2 ]

DNAとRNAの違い

50Sリボソームサブユニットの3次元図。リボソームRNAは茶色、タンパク質は青で示されている。活性部位はrRNAの小さな断片であり、赤で示されている。

RNA の化学構造はDNAの化学構造と非常に似ていますが、主に 3 つの点で異なります。

DNAと同様に、mRNA、tRNA、rRNA、snRNA、その他の非コードRNAを含む、生物学的に活性なRNAのほとんどは、RNAの一部が折り畳まれ[ 8 ]、自身と対になって二重らせん構造を形成することを可能にする自己相補配列を含んでいます。これらのRNAの解析により、それらは高度に構造化されていることが明らかになっています。DNAとは異なり、その構造は長い二重らせんではなく、短いらせんが集まってタンパク質に似た構造を形成しています。

このようにして、RNAは（酵素のような）化学触媒作用を達成することができます。[ 9 ]例えば、タンパク質の組み立てを触媒するRNA-タンパク質複合体であるリボソームの構造決定により、その活性部位は完全にRNAで構成されていることが明らかになりました。[ 10 ]

RNA断片の構造。グアノシルサブユニットを示す。

RNAをDNAと区別する重要な構造要素は、リボース糖の2'位にヒドロキシル基が存在することである。この官能基の存在により、RNAは主にA型の形状をとるが[ 11 ]、一本鎖ジヌクレオチドの場合、RNAはDNAで最も一般的に見られるB型の形状をとることもまれにある。[ 12 ] A型の形状は、非常に深く狭い主溝と浅く広い副溝をもたらす。[ 13 ] 2'-ヒドロキシル基の存在による2つ目の結果は、RNA分子の構造的に柔軟な領域（つまり、二重らせんの形成に関与しない領域）において、隣接するリン酸ジエステル結合を化学的に攻撃して骨格を切断できることである。[ 14 ]

二次構造と三次構造

一本鎖RNA分子の機能的形態は、タンパク質と同様に、特定の空間的な三次構造を必要とすることが多い。この構造の足場は、分子内の水素結合である二次構造要素によって提供される。これにより、ヘアピンループ、バルジ、内部ループといった認識可能な二次構造の「ドメイン」がいくつか形成される。[ 15 ] RNAを任意の二次構造に設計、つまり作成するには、2塩基または3塩基では不十分であり、4塩基あれば十分である。[ 16 ]これが、自然が4塩基アルファベットを「選択」した理由であると考えられる。4塩基未満ではすべての構造を作成できないが、4塩基以上では必要ない。RNAは荷電しているため、多くの二次構造および三次構造を安定化するには、 Mg 2+などの金属イオンが必要となる。[ 17 ]

RNAの天然に存在するエナンチオマーはD -RNAであり、 D-リボヌクレオチドから構成されています。すべてのキラリティー中心はD-リボースにあります。L-リボース、あるいはL-リボヌクレオチドを用いることで、L -RNAを合成することができます。L - RNAはRNaseによる分解に対して非常に安定です。[ 18 ]

タンパク質などの他の構造化生体高分子と同様に、折り畳まれたRNA分子のトポロジーを定義することができます。これは、折り畳まれたRNA分子内の鎖内接触の配置に基づいて行われることが多く、回路トポロジーと呼ばれます。

化学修飾

テロメラーゼRNAの二次構造

RNAはわずか4つの塩基（アデニン、シトシン、グアニン、ウラシル）で転写されますが[ 19 ] 、これらの塩基と付加された糖はRNAが成熟するにつれてさまざまな方法で修飾される可能性があります。ウラシルとリボースの間の結合がC–N結合からC–C結合に変化する擬似ウリジン（Ψ）とリボチミジン（T）はさまざまな場所で見られます（最も顕著なものはtRNAのTΨCループです）。[ 20 ]もう1つの注目すべき修飾塩基はヒポキサンチンで、これは脱アミノ化されたアデニン塩基で、そのヌクレオシドはイノシン（I）と呼ばれます。イノシンは遺伝暗号のゆらぎ仮説で重要な役割を果たしています。[ 21 ]

天然に存在する修飾ヌクレオシドは100種類以上あります。[ 22 ]修飾の構造的多様性が最も大きいのはtRNAです。[ 23 ]一方、擬似ウリジンとrRNAによく見られる2'-O-メチルリボースを含むヌクレオシドが最も一般的です。[ 24 ] RNAにおけるこれらの修飾の多くは、その具体的な役割が完全には解明されていません。しかし、リボソームRNAでは、転写後修飾の多くがペプチジルトランスフェラーゼセンター[ 25 ]やサブユニット界面などの高機能領域で起こることが注目に値し、正常な機能にとって重要であることを示唆しています。[ 26 ]

RNAの種類

RNAを切断するリボザイムであるハンマーヘッドリボザイムの構造

メッセンジャーRNA（mRNA）は、DNAから細胞質内のタンパク質合成（翻訳）の場であるリボソームへ情報を運ぶRNAの一種です。mRNAのコード配列は、生成されるタンパク質のアミノ酸配列を決定します。 [ 27 ]しかし、多くのRNAはタンパク質をコードしていません（真核生物では、転写産物の約97%はタンパク質をコードしていません[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]）。

これらのいわゆる非コードRNA（「ncRNA」）は、自身の遺伝子（RNA遺伝子）によってコードされることもありますが、mRNAイントロンに由来することもあります。[ 32 ]非コードRNAの最も顕著な例は、トランスファーRNA（tRNA）とリボソームRNA（rRNA）で、どちらも翻訳プロセスに関与しています。[ 7 ]遺伝子調節、 RNAプロセシング、その他の役割に関与する非コードRNAもあります。特定のRNAは、他のRNA分子の切断や連結などの化学反応を触媒することができ、 [ 33 ]リボソームにおけるペプチド結合形成の触媒も行います。[ 10 ]これらはリボザイムとして知られています。

RNA鎖の長さに応じて、RNAには小型RNAと長鎖RNAがあります。[ 34 ]通常、小型RNAの長さは200nt未満で 、長鎖RNAは200nt以上です 。 [ 35 ]長鎖RNAは大型RNAとも呼ばれ、主に長鎖非コードRNA（lncRNA）とmRNAが含まれます。小型RNAには主に5.8SリボソームRNA（rRNA）、5S rRNA、トランスファーRNA（tRNA）、マイクロRNA（ miRNA）、小型干渉RNA（siRNA）、小型核小体RNA（snoRNA）、Piwi相互作用RNA（piRNA）、tRNA由来の小型RNA（tsRNA）[ 36 ]および小型rDNA由来RNA（srRNA）が含まれます。[ 37 ] 例外として、Halococcus属（古細菌）の5S rRNAには挿入があり、サイズが大きくなることがある。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

タンパク質合成に関与するRNA

メッセンジャーRNA （mRNA）は、細胞内のタンパク質合成工場であるリボソームにタンパク質配列に関する情報を運びます。mRNAは、 3ヌクレオチド（コドン）ごとに1つのアミノ酸に対応するようにコード化されています。真核細胞では、前駆体mRNA（pre-mRNA）がDNAから転写されると、成熟mRNAへと処理されます。この際、イントロン（pre-mRNAの非コード領域）が除去されます。その後、mRNAは核から細胞質へと輸送され、そこでリボソームに結合し、tRNAの助けを借りて対応するタンパク質へと翻訳されます。核と細胞質を持たない原核細胞では、mRNAはDNAからの転写中にリボソームに結合することができます。一定時間後、メッセージはリボヌクレアーゼの助けを借りて構成ヌクレオチドへと分解されます。[ 27 ]

トランスファーRNA （tRNA）は、約80ヌクレオチドからなる小さなRNA鎖で、翻訳過程において、タンパク質合成のリボソーム部位で成長中のポリペプチド鎖に特定のアミノ酸を転移します。tRNAはアミノ酸付加部位と、メッセンジャーRNA鎖上の特定の配列に水素結合を介して結合するコドン認識のためのアンチコドン領域を有します。 [ 32 ]

mRNAがどのようにポリペプチド鎖を作るのに使われるかを示す図

リボソームRNA（rRNA）はリボソームの触媒成分です。rRNAはリボソームの構成要素であり、翻訳を司ります。真核生物のリボソームには、18S、5.8S、28S、5S rRNAの4種類のrRNA分子が含まれています。rRNA分子のうち3つは核小体で合成され、1つは他の場所で合成されます。細胞質では、リボソームRNAとタンパク質が結合してリボソームと呼ばれる核タンパク質が形成されます。リボソームはmRNAに結合し、タンパク質合成を行います。1つのmRNAには、複数のリボソームが同時に結合している場合もあります。[ 27 ]典型的な真核細胞に存在するRNAのほぼすべてがrRNAです。

トランスファーメッセンジャーRNA （tmRNA）は多くの細菌やプラスチドに存在します。tmRNAは、終止コドンを持たないmRNAによってコードされているタンパク質を標識し、分解を阻害し、リボソームの停止を防ぎます。[ 41 ]

制御性RNA

遺伝子発現の最も初期の調節因子は、リプレッサーとアクティベーターとして知られるタンパク質であった。これらは、調節される遺伝子の近くのエンハンサー領域内に特定の短い結合部位を持つ調節因子である。 [ 42 ]  その後の研究では、RNAも遺伝子を調節することが示された。真核生物には、転写後に遺伝子を抑制するRNA干渉、 エピジェネティックにクロマチンブロックをシャットダウンする長い非コードRNA、遺伝子発現の増加を誘導するエンハンサーRNAなど、さまざまな時点で遺伝子の発現を制御するいくつかの種類のRNA依存性プロセスがある。[ 43 ]細菌と古細菌も、細菌の小さなRNAやCRISPR などの調節RNAシステムを使用することが示されている。[ 44 ]ファイアとメロは、mRNAと塩基対を形成できる特定の短いRNA分子であるマイクロRNA （miRNA）を発見したことにより、 2006年のノーベル生理学・医学賞を受賞した 。[ 45 ]

マイクロRNA（miRNA）と低分子干渉RNA（siRNA）

多くの遺伝子の転写後発現レベルはRNA干渉によって制御することができ、特定の短いRNA分子であるmiRNAがmRNA領域と対になって抑制の対象となります。[ 46 ] RNA干渉はRNA誘導サイレンシング複合体 によって行われ、miRNAガイドを使用して塩基対形成相互作用を介して相補的なmRNAを制御し、mRNAを分解するか翻訳を阻害します。[ 47 ]

長い非コードRNA

次に制御との関連が明らかになったのは、X染色体不活性化に関連するXistなどの長鎖非コードRNAでした。当初は謎に包まれていたこれらのRNAの役割は、ポリコーム複合体をリクルートすることでクロマチンブロックをサイレンシングし、そこからメッセンジャーRNAが転写されないようにすることであることが、Jeannie T. Leeらによって示されました。[ 48 ]さらに、200塩基対を超えるRNAでコード能力を持たないと現在定義されているlncRNA [ 49 ]は、幹細胞の多能性と細胞分裂の制御に関連することが分かっています。[ 49 ]

エンハンサーRNA

制御性RNAの3番目の主要なグループは、エンハンサーRNAと呼ばれる。[ 49 ]  現時点では、エンハンサーRNAが様々な長さのRNAの独自のカテゴリーなのか、それともlncRNAの明確なサブセットなのかは明らかではない。いずれにせよ、エンハンサーRNAは、制御対象となる遺伝子の近傍にあるDNA上の既知の制御部位であるエンハンサーから転写される。 [ 49 ] [ 50 ]  エンハンサーRNAは、転写元のエンハンサーの制御下にある遺伝子の転写をアップレギュレーションする。[ 49 ] [ 51 ]

原核生物の小さなRNA

小さなRNA

当初、調節性RNAは真核生物の現象であり、高等生物で予想よりもはるかに多くの転写が見られることの説明の一部であると考えられていました。しかし、研究者が細菌で可能性のあるRNA調節因子を探し始めるとすぐに、それらは細菌でも見つかり、低分子RNA（sRNA）と呼ばれました。[ 52 ] [ 44 ]現在、遺伝子のRNA調節システムの普遍的な性質は、 RNAワールド理論 を支持するものとして議論されています。[ 43 ] [ 53 ]腸内細菌のsRNAはさまざまな細胞プロセスに関与しており、膜ストレス、飢餓ストレス、リン糖ストレス、DNA損傷などのストレス応答に重要な役割を果たしていると思われる兆候があります。また、sRNAは、迅速な応答と生理状態の安定化を可能にする運動特性のために、ストレス応答に重要な役割を果たすように進化してきたことが示唆されています。[ 4 ]細菌由来の低分子RNAは、一般的にmRNAとのアンチセンス対合を介して、安定性またはシス結合能に影響を与えることで、mRNAの翻訳をダウンレギュレーションする。 [ 43 ]リボスイッチも発見されている。これらはアロステリックに作用するシス作用性調節RNA配列である。代謝物に結合すると形状が変化し、クロマチンに結合する能力を獲得または失うことで遺伝子発現を制御する。[ 54 ] [ 55 ]

クリスパーRNA

古細菌もまた、制御性RNAのシステムを持っている。[ 56 ] CRISPRシステムは、最近、DNAをその場で編集するために使用されており、古細菌や細菌の制御性RNAを介して、ウイルスの侵入者に対する防御を提供する。[ 43 ] [ 57 ]

RNAの合成と処理

合成

RNAの合成は典型的には細胞核内で起こり、通常はDNAを鋳型としてRNAポリメラーゼという酵素によって触媒され、転写と呼ばれるプロセスが行われます。転写の開始は、酵素がDNA中のプロモーター配列（通常は遺伝子の「上流」に位置する）に結合することから始まります。DNAの二重らせん構造は、酵素のヘリカーゼ活性によって解かれます。その後、酵素は鋳型鎖に沿って3'から5'方向に進行し、5'から3'方向への伸長を伴う相補的なRNA分子を合成します。DNA配列は、RNA合成の終結位置も決定します。[ 58 ]

一次転写RNAは、転写後に酵素によって修飾されることが多い。例えば、真核生物のpremRNAにはポリ(A)末端と5'キャップが付加され、イントロンはスプライソソームによって除去される。

RNAを鋳型として新しいRNA鎖を合成するRNA依存性RNAポリメラーゼも数多く存在します。例えば、ポリオウイルスなどの多くのRNAウイルスは、このタイプの酵素を用いて遺伝物質を複製します。 [ 59 ]また、RNA依存性RNAポリメラーゼは、多くの生物においてRNA干渉経路の一部です。[ 60 ]

RNA処理

ウリジンから擬似ウリジンへの変更は、一般的な RNA 修飾です。

多くのRNAが他のRNAの修飾に関与している。 イントロンは、複数の小さな核内RNA（snRNA）を含むスプライソソームによってpre-mRNAから切り出されるか、 [ 7 ]、またはイントロンは、自身でスプライシングされるリボザイムであることもある。[ 61 ] RNAは、ヌクレオチドをA、C、G、U 以外のヌクレオチドに修飾することによっても変化する。真核生物では、RNAヌクレオチドの修飾は一般に、核小体とカハール体に存在する小さな核小体RNA（snoRNA; 60～300ヌクレオチド）によって指示される。 [ 32 ] snoRNAは酵素と会合し、そのRNAと塩基対形成することによって酵素をRNA上の特定の場所に導く。次に、これらの酵素がヌクレオチドの修飾を行う。 rRNAとtRNAは広範囲に修飾されるが、snRNAとmRNAも塩基修飾の対象となる。[ 62 ] [ 63 ] RNAもメチル化される。[ 64 ] [ 65 ]

遺伝学におけるRNA

RNAゲノム

DNAと同様に、RNAも遺伝情報を運ぶことができます。RNAウイルスは、複数のタンパク質をコードするRNAからなるゲノムを有しています。ウイルスゲノムはこれらのタンパク質の一部によって複製され、ウイルス粒子が新しい宿主細胞に移動する際には、他のタンパク質がゲノムを保護します。ウイロイドは別の病原体グループですが、RNAのみで構成され、タンパク質をコードしておらず、宿主植物細胞のポリメラーゼによって複製されます。[ 66 ]

逆転写

逆転写ウイルスは、RNAからDNAコピーを逆転写することでゲノムを複製します。これらのDNAコピーは、新たなRNAに転写されます。レトロトランスポゾンもまた、DNAとRNAを互いにコピーすることで拡散します[ 67 ]。また、テロメラーゼには、真核生物の染色体の末端を構築するための鋳型として用いられるRNAが含まれています[ 68 ]。

二本鎖RNA

二本鎖RNA

二本鎖RNA（dsRNA）は、2本の相補鎖を持つRNAで、すべての細胞に存在するDNAに似ていますが、チミンがウラシルに置換され、酸素原子が1つ追加されています。dsRNAは一部のウイルス（二本鎖RNAウイルス）の遺伝物質を形成します。ウイルスRNAやsiRNAなどの二本鎖RNAは、真核生物におけるRNA干渉や脊椎動物におけるインターフェロン反応を引き起こすことができます。[ 69 ] [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]真核生物において、二本鎖RNA（dsRNA）はウイルス感染に対する自然免疫系の活性化に役割を果たしています。 [ 73 ]

環状RNA

1970年代後半、動物界および植物界全体で、共有結合で閉じた一本鎖RNA、すなわち環状RNAが存在することが示されました（circRNA参照）。[ 74 ] circRNAは、スプライソソームが上流の3'受容体を下流の5'供与体スプライス部位に結合する「バックスプライス」反応によって生じると考えられています。circRNAの機能は現在までほとんど解明されていませんが、いくつかの例においてマイクロRNAのスポンジング活性が実証されています。

RNA生物学における重要な発見

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左はロバート・W・ホーリー氏が研究チームとともにポーズをとっている。

RNAの研究は、多くの重要な生物学的発見と多数のノーベル賞につながっています。核酸は1868年にフリードリヒ・ミーシャーによって発見され、彼はそれが核内に見つかったことから「ヌクレイン」と名付けました。[ 75 ]その後、核を持たない原核細胞にも核酸が含まれていることが発見されました。RNAがタンパク質合成において果たす役割は、1939年にすでに疑われていました。 [ 76 ]セベロ・オチョアは、実験室でRNAを合成できる酵素を発見したことで、 1959年のノーベル医学賞を受賞しました（アーサー・コーンバーグと共同受賞）。 [ 77 ]しかし、オチョアが発見した酵素（ポリヌクレオチドホスホリラーゼ）は、後にRNA合成ではなく、RNA分解に関与していることがわかりました。 1956年、アレックス・リッチとデイヴィッド・デイヴィスは2本の別々のRNA鎖をハイブリダイズさせ、X線結晶構造解析によって構造を決定できる最初のRNA結晶を形成した。[ 78 ]

酵母tRNAの77ヌクレオチドの配列は1965年にロバート・W・ホリーによって発見され、[ 79 ]ホリーは1968年のノーベル医学賞を受賞しました（ハル・ゴビンド・コラナとマーシャル・ニーレンバーグと共同受賞）。

1970年代初頭、レトロウイルスと逆転写酵素が発見され、酵素がRNAをDNAに複製できることが初めて示されました（遺伝情報の伝達における通常の経路とは逆です）。この研究により、デビッド・ボルティモア、レナート・ダルベッコ、ハワード・テミンは1975年にノーベル賞を受賞しました。1976年、ウォルター・ファイアーズと彼のチームは、RNAウイルスゲノム（バクテリオファージMS2）の完全なヌクレオチド配列を初めて決定しました。[ 80 ]

1977年、哺乳類ウイルスと細胞遺伝子の両方でイントロンとRNAスプライシングが発見され、フィリップ・シャープとリチャード・ロバーツは1993年にノーベル賞を受賞しました。触媒RNA分子（リボザイム）は1980年代初頭に発見され、トーマス・チェックとシドニー・アルトマンは1989年にノーベル賞を受賞しました。1990年には、ペチュニアにおいて、導入された遺伝子が植物自身の類似の遺伝子をサイレンシングできることが発見されました。これは現在、 RNA干渉によるものであることが分かっています。[ 81 ] [ 82 ]

ほぼ同時期に、現在マイクロRNAと呼ばれている22ヌクレオチド長のRNAが、線虫の発生に役割を果たしていることがわかった。[ 83 ] RNA干渉の研究により、アンドリュー・ファイアーとクレイグ・メロは2006年に ノーベル賞を受賞し、同年にはRNA転写の研究でロジャー・コーンバーグもノーベル賞を受賞した。遺伝子調節RNAの発見は、 siRNAなど、遺伝子をサイレンシングするRNA製の薬剤の開発の試みにつながった。[ 84 ] RNA研究のノーベル賞に加え、2009年にはリボソームの原子構造の解明でヴェンキ・ラマクリシュナン、トーマス・A・スタイツ、アダ・ヨナットが受賞した。 2023年のノーベル生理学・医学賞は、 COVID-19に対する効果的なmRNAワクチンの開発を可能にした修飾ヌクレオシドに関する発見により、カタリン・カリコとドリュー・ワイスマンに授与されました。 [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ]

前生物化学と生物起源論との関連性

1968年、カール・ウーゼはRNAが触媒的である可能性があるという仮説を立て、最も初期の生命体（自己複製分子）は遺伝情報の伝達と生化学反応の触媒の両方にRNAに依存していた可能性があると示唆しました。これはRNAワールドです。 [ 88 ] [ 89 ] 2022年5月、科学者たちはRNAが初期の地球に豊富にあったと推定される前生命的な玄武岩溶岩ガラス上で自発的に形成できることを発見しました。[ 90 ] [ 91 ]

2015年3月、ウラシル、シトシン、チミンを含むDNAとRNAの核酸塩基が、隕石によく含まれる有機化合物であるピリミジンなどのスターター化学物質を使用して、宇宙空間の条件下で実験室で生成されたと報告されました。ピリミジンは、多環芳香族炭化水素（PAH）と同様に、宇宙で見つかった最も炭素に富む化合物の1つであり、赤色巨星または星間塵やガス雲で生成された可能性があります。 [ 92 ] 2022年7月、天文学者は天の川銀河の銀河中心で、RNAの前駆体と思われるものを含む大量のプレバイオティクス分子を報告しました。[ 93 ] [ 94 ]

医療用途

RNAは、半減期が短いため当初は治療には不向きと考えられていましたが、安定化技術の進歩により有用性が高まりました。RNAが複雑な構造に折り畳まれ、タンパク質、核酸、小分子と結合して触媒中心を形成することで、治療への応用が期待されています。[ 95 ] RNAベースのワクチンは、病原体を培養・研究し、どの分子部位を抽出・不活化してワクチンに使用するかを決定するのに数ヶ月から数年かかるため、殺菌または改変した病原体由来の従来のワクチンよりも製造が容易であると考えられています。従来の治療特性を持つ小分子は、RNAとDNAの構造を標的とすることで、新しい疾患を治療することができます。しかし、RNAを標的とする小分子やヒトの疾患に対する承認薬に関する研究は乏しいです。リバビリン、ブラナプラム、アタルレンは現在、二本鎖RNA構造を安定化させ、様々な疾患におけるスプライシングを制御する薬剤として利用可能です。[ 96 ] [ 97 ]

タンパク質コードmRNAは新たな治療候補として浮上しており、RNA置換は特に短時間かつ集中的なタンパク質発現に効果的である。[ 98 ]試験管内転写mRNA（IVT-mRNA）は、動物モデルにおいて骨再生、多能性、心機能向上のためのタンパク質送達に使用されている。[ 99 ] [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]短いRNA分子であるsiRNAは、ウイルスに対する自然防御とクロマチン構造において重要な役割を果たしている。siRNAは特定の遺伝子を人工的に導入してサイレンシングできるため、遺伝子機能研究、治療標的の検証、医薬品開発において有用である。[ 98 ]

mRNAワクチンは、免疫反応を引き起こすタンパク質をmRNAを用いて製造する、重要な新しいワクチンとして登場しました。その最初の大規模な応用は、COVID-19パンデミックにおけるCOVID-19ワクチンの形で成功しました。

参照

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