原核生物のmRNA分解

原核生物のメッセンジャーRNA（mRNA）分解は、原核生物mRNA崩壊とも呼ばれ、[ 1 ]原核生物における遺伝子制御の重要な部分です。[ 2 ]このプロセスでは、特定のタンパク質がmRNAを標的として分解します。これらのタンパク質は、5'末端や特定の塩基対など、mRNAの特定の部分を分解します。[ 2 ]この分解は、さまざまな環境からの刺激に反応して起こり、生物は生存するために特定の遺伝子の発現を停止することができます。これは、RNAを生成するために使用された材料を再利用するために、翻訳中および翻訳後にも起こります。このプロセスは、生物や状況によって異なる場合があります。[ 2 ]

mRNA分解はメッセンジャーRNAの特定の配列を標的とするため、一部のmRNAは他のmRNAよりも長く細胞内に留まります。また、同じRNA鎖内の遺伝子であっても、分解速度が異なる場合があります。これは原核生物と真核生物の両方に当てはまります。そのため、mRNA分解はどの遺伝子が発現するかを決定する上で重要な役割を果たします。また、このプロセスは生物に進化適応度を高め、新しい資源を見つけるためにエネルギーを費やす必要がなくなるため、生物の適応度を高めます。[ 2 ]

リボヌクレアーゼ：E、G、Y

多くの場合、mRNAはリボヌクレアーゼと呼ばれるタンパク質によって分解され、RNAの5'末端と3'末端を分離します。[ 2 ]リボヌクレアーゼにはいくつかの種類があり、異なる生物に現れます。

原核生物における主要なリボヌクレアーゼの一つはリボヌクレアーゼEと呼ばれ、RNAを分解するもう一つのリボヌクレアーゼはリボヌクレアーゼGと呼ばれます。これはリボヌクレアーゼEの相同遺伝子です。[ 2 ]これは主に大腸菌（E. coli）を対象とした研究によって決定されたものであり、すべての状況に当てはまるわけではありません。例えば、 mRNAの別の構成要素であるステムループはリボヌクレアーゼによって分解されませんが、その分解方法は分かっていません。[ 2 ]

多くの細菌種はリボヌクレアーゼEまたはその相同体を作りません。[ 2 ]一部の細菌種はリボヌクレアーゼYと呼ばれるリボヌクレアーゼを使用しますが、[ 2 ]これはリボヌクレアーゼEの相同体ではありません。その構造はリボヌクレアーゼEとは異なりますが、細胞内では同じ機能を果たします。[ 2 ]

ある研究では、枯草菌において、リボヌクレアーゼYがRNAの異なる領域を標的としていることが明らかになった。[ 3 ]この研究を行った研究者たちは、複数の枯草菌株のサンプルを培養し、細胞材料の残りの部分からタンパク質を分離した。その後、タンパク質を分析したところ、枯草菌において、リボヌクレアーゼYが約900個のmRNA配列に影響を与えていることがわかった。そのうち550個は増加し、350個は減少した。これは、この種において遺伝子がリボヌクレアーゼYの影響を受けていることを意味しているが、すべての遺伝子が同じように影響を受けるわけではない。[ 3 ]

リボヌクレアーゼIII

一部の細菌はリボヌクレアーゼIIIと呼ばれるリボヌクレアーゼを使用します。ロバートソンらは、リボヌクレアーゼIIIが二本鎖RNAを特異的に分解するリボヌクレアーゼであることを発見しました。この研究を行った研究者たちは、大腸菌のサンプルを複数の化学物質の混合物で処理しました。その結果、これらの化学物質で処理すると、RNAの一部は溶解するものの、すべてが溶解するわけではないことがわかりました。次に、溶解しなかったRNAを分析したところ、二本鎖RNAにのみ作用することが分かりました。[ 4 ]

リボヌクレアーゼIIIはその後も研究が続けられ、二本鎖RNAのメカニズムに関する理解が深まりました。しかし、このタンパク質はリボヌクレアーゼEやYよりも遺伝子制御において小さな役割を果たしていることも分かっています。[ 2 ]

腐敗のプロセス

原核生物のmRNAの分解は、ストレス要因に反応して起こることがある。[ 5 ]これらのストレス要因には、温度、酸化ストレス、薬物処理などがある。ある研究では、大腸菌を含む96種の細菌において、酸化ストレスや薬物処理に反応してmRNAの分解が起こることがわかった。mRNAはタンパク質合成過程の複数の段階で分解・崩壊する可能性がある。また、Dihub PelechanoらがSaccharomyces cerevisiaeのサンプルを解析した結果、翻訳途中でも崩壊する可能性があることがわかった。リボソームのデータに基づくと、mRNAの分解は翻訳中のRNAの特定の部位で起こっていることがわかった。[ 6 ] [ 5 ]

しかし、すべての種が生存に十分な速さでmRNAを分解できるわけではありません。ある研究では、温度感受性のある大腸菌株に致死的となる可能性のある変異が見つかりました。この大腸菌株のRNAは、他の株よりもはるかにゆっくりと分解しました。この研究を行った研究者たちは、この株のサンプルを異なる温度にさらし、RNAの分解を温度耐性株と比較しました。その結果、温度感受性株ではRNAの分解速度が温度耐性株よりも遅いことがわかりました。つまり、温度感受性株の温度感受性は、細胞内のRNAの蓄積によるものである可能性があるということです。[ 7 ]

ワクチン

原核生物のmRNAの分解は、 mRNAワクチンの開発において研究者にとって大きな課題となっている。分解はmRNAが不安定になり、ワクチンを効果的に送達できない可能性があるためである[ 8 ]。この問題は、脂質、脂質類似物質、ポリマー、脂質-ポリマーハイブリッドなど、様々な化学物質を用いてmRNAを化学的に修飾することで解決されてきたが、未だ解決には至っていない。

こうした課題にもかかわらず、様々なmRNAワクチンや免疫療法の可能性に関する研究は進んでいます。これらには、がん、感染症、遺伝性疾患に対するものなどが含まれます。[ 8 ]

参考文献

  1. ^ Kushner, Sidney R. (2004年10月). 「原核生物と真核生物におけるmRNAの分解：類似の問題に対する異なるアプローチ」 . IUBMB Life . 56 (10): 585– 594. doi : 10.1080/15216540400022441 . PMID  15814456 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k Hui, Monica P.; Foley, Patricia L.; Belasco, Joel G. (2014). 「細菌細胞におけるメッセンジャーRNAの分解」. Annual Review of Genetics . 48 : 537–559 . doi : 10.1146/annurev-genet-120213-092340 . PMC 4431577. PMID 25292357 .  
  3. ^ a b Lehnik-Habrink, Martin; Schaffer, Marc; Mäder, Ulrike; Diethmaier, Christine; Herzberg, Christina; Stülke, Jörg (2011年9月). 「枯草菌におけるRNAプロセシング：必須RNase Yの標的の同定」. Molecular Microbiology . 81 (6): 1459– 1473. doi : 10.1111/j.1365-2958.2011.07777.x . PMID 21815947. S2CID 205370092 .  
  4. ^ Robertson, Hugh D.; Webster, Robert E.; Zinder, Norton D. (1968年1月10日). 「大腸菌由来リボヌクレアーゼIIIの精製と特性」 . Journal of Biological Chemistry . 243 (1): 82– 91. doi : 10.1016/S0021-9258(18)99327-0 . PMID 4865702 . 
  5. ^ a bハッチ、スザンヌ;ネルシシアン、リリット。ロパット、マリア。バレット、ドナル。ウー、メンジュン。王、静。ヴァレリアーノ、ヴァレリー D.ヴァルダザリアン​​、ネリ。ウエルタ・セパス、ハイメ。魏、呉。ドゥ、フアン。スタインメッツ、ラース M.ラース・エングストランド。ペレチャノ、ヴィセント（2023年6月）。「細菌のmRNA翻訳と分解のアトラス」。自然微生物学。8 (6): 1123–1136。土井: 10.1038/s41564-023-01393-z。hdl : 10261/311078。PMC 10234816。PMID 37217719。  
  6. ^ Pelechano, Vicent; Wei, Wu; Steinmetz, Lars M. (2015年6月4日). 「広範囲にわたる共翻訳RNA分解がリボソームのダイナミクスを明らかにする」 . Cell . 161 (6): 1400– 1412. doi : 10.1016 / j.cell.2015.05.008 . PMC 4461875. PMID 26046441 .  
  7. ^小野真弓; 桑野道彦 (1979年4月). 「メッセンジャーRNAの化学的寿命が長い大腸菌株における条件付き致死変異」.分子生物学ジャーナル. 129 (3): 343– 357. doi : 10.1016/0022-2836(79)90500-x . PMID 110942 . 
  8. ^ a bワドワ、アビシェク;アルジャバリ、アナス。ロクラス、アビジート。霧がかかった、カミラ。タクール、アニーシュ（2020年1月28日）。「mRNAベースのワクチンのデリバリーにおける機会と課題」。医薬品。12 (2): 102.土井: 10.3390/pharmaceutics12020102。PMC 7076378。PMID 32013049。  
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Prokaryotic_mRNA_degradation&oldid=1209548143」より取得