(cache) microRNA overview　アライアンステクノロジー

　non-coding RNA(ncRNA)とは、タンパク質に翻訳されないRNAの総称で、何らかの機能を有するものもあれば、偽遺伝子の様に、機能がないと考えられるものも含まれます。　このncRNAのなかで、何らかの機能を持っているRNAが、機能性RNA(functional RNA)と呼ばれるRNAで、以下の表に示すものが代表的です。　しかしながら、RIKENは、4万4千種類のマウス転写産物中、約2万3千種類が、タンパク質に翻訳されないnon-coding RNAであると発表しており(1)、ほとんどのncRNAは未だ機能がはっきりしないRNAと言えます。　実際に、機能性RNAの研究は未だ端緒についたばかりで、新しい機能性RNAが次々に発見されています。

　MicroRNA（miRNA）は、18～25塩基からなる低分子non-coding RNA（small ncRNA）の一種であり、遺伝子の転写後制御(post transcriptional regulation)に関与しています(2, 3)。　microRNAはウイルス(6)から植物(8, 9, 10, 11)、線虫(6)、節足動物、脊椎動物まで幅広い生物種に存在しています。　このmicroRNAは、ゲノム上におよそ1000種類存在すると推定されていますが(4)、これまでに同定されたmicroRNAは、ヒトで474個(12)であり、まだ半分が見つかっていません。また、コンピュータによる解析では、タンパク質遺伝子の約30%が、miRNAによる制御を受けていると試算されていますが、こちらもそのほとんどはまだ明らかになっていません(5)。
　MicroRNAには、タンパク質遺伝子のイントロンとして転写されるものと、独自のプロモータから転写されるものがあります。転写直後のmicroRNAを primary microRNA (pri-miRNA)と呼びます(Fig.1)。 pri-miRNAは、DroshaとDGCR8の作用により、70ヌクレオチド程度に切断され、ステム＆ループ構造のpre-miRNAになります(Fig.1 ①)。 pre-miRNAは、トランスポータータンパク質exportin5によって核外に輸送されます(②)。細胞質に輸送されたpre-miRNAは、DicerやTRBP(TAR RNA binding protein)とともにRISC loading complex (RLC) を形成し、両端が切断され、2本鎖のmiRNA duplexとなります(③)。その後、1本鎖RNAになり、そのうちの一方がRISC(RNA induced silencing complex) に取り込まれ、成熟miRNAとして機能します（④）(13, 14, 15)。MicroRNAの発現量は、pri-miRNAの発現量と、microRNAの成熟過程での制御によって調節されていると考えられていますが(29, 30)、その詳細は今のところ分かっていません。

01. The FANTOM Consortium and RIKEN Genome Exploration Research Group and
　　 Genome Science Gropup. Science 309, 1559-1563(2005).
02. Jun Lu et al. Nature 435, 834-838(2005).
03. Kathryn A. O'Donnell et al. Nature 435, 839-843(2005).
04. Berezikov et al. Cell 120, 21-24(2005).
05. Lewis et al. Cell 120, 15-20(2005).
06. Pfeffer et al. Science 304, 734-736(2004).
07. Lee et al. Cell 75, 843-854(1993).
08. Llace et al. Cell 14, 1605-1619(2002).
09. Mette et al. Plant Physiol. 130, 6-9(2002).
10. Park et al. Curr. Biol. 12, 1484-1495(2002).
11. Reinhart et al. Genes Dev. 16, 1616-1626(2002).
12. Sanger Institute miRBase http://microrna.sanger.ac.uk/sequences/
13. Bryan R Cullen Nature Immunology 7, 563(2006).
14. Du, T. et al. Development 132, 4645-4652(2005).
15. Xinwei Cao et al. Annu. Rev. Neurosci. 29, 77-103(2006).
16. Tsuchiya S., Okuno Y. and Tsujimoto G. J Pharmacol Sci 101, 267-270(2006).
17. Liu J. et al. Nature cell biology 7, 719-723(2005).
18. Pauley M. K. et al. EMBO reports 7, 904-910(2006).
19. Chu Chia-ying and Rana M. Tariq PLoS BIOLOGY 4, 1122-1136(2006).
20. Bartel P. D. Cell 116, 281-297(2004).
21. Ambros Victor Nature 431, 350-355(2004).
22. Martin et al. Journal of Biological Chemistry 281, 18277-18284(2006).
23. Chen et al. Nature Genetics 38, 228-233(2006).
24. Leva et al. Birth Defects Research 78, 180-189(2006).
25. Calin et al. PNAS 99, 15524-15529(2002).
26. Dews et al. Nature Genetics 38, 1060-1065(2006).
27. Calin and Croce Cancer Res. 66, 7390-7394(2006).
28. Lu et al. Nature 435, 834-838(2005).
29. Obernosterer et al. RNA 12, 1161-1167(2006).
30. Thomson et al. Genes and Development 20, 2202-22-7(2006).
31. Lim et al. Naure 433, 769-773(2005).
32. Brennecke et al. PLoS BIOLOGY 3, 0404-0418(2005).
33. Lewis et al. Cell115, 787-798(2003).
34. Kiriakidou et al. Genes & Development 18, 1165-1178(2004).
35. Didiano Dominic and Hobert Oliver Nature structural & molecular biology 13, 849-851(2006).
36. Krek et al. Nature Genetics 37, 495-500(2005).
37. Wang Xiaowei and Wang Xiaohui Nucleic Acids Research 34, 1646-1652(2006).
38. Krutzfeldt et al. Nature 438, 685-689(2005)..
39. Murakami et al. Oncogenomics 25, 2537-2545(2006).
40. Chen et al. Nature Genetics 38, 228-233(2006).
41. Kruetzfeldt et al. Nature Genetics Supplement 38, S14-S19(2006)

Table 1

Transfer RNA (tRNA)	タンパク質合成に関与
Ribosomal RNA (rRNA)	タンパク質合成に関与　RNAの約95%を占める
Small nuclear RNA (snRNA)	核に存在し、スプライシングや、テロメア維持に関与　small nuclear ribonucleoprotein (snRNP) と複合体を形成する
Small nucleolar RNA (snoRNA)	rRNAや他のRNAのメチル化などに関与する　snoRNPと複合体を形成し、核小体に局在する
microRNA (miRNA)	mRNAに結合して翻訳を抑制する 19-25塩基のRNA
repeat-associated small interfering RNA (rasiRNA)	Piwiタンパク質と複合体を形成して、レトロトランスポゾンを抑制すると考えられている(piRNA)
antisense RNA (aRNA)	タンパク質をコードするDNA鎖の逆鎖から読まれるRNAで、センス鎖と結合することで、発現制御すると推測されている

　MicroRNAの多くは、タンパク質をコードするmRNAの3'UTRs (untranslated regions) に結合し、遺伝子の翻訳制御を行います。　microRNAとターゲットmRNAの結合が、パーフェクトマッチの場合、mRNAはRISCの構成要素であるArgonaute2(Ago2) によって切断され、分解されます(Fig.2 左)。　一方microRNAとmRNAとの結合にミスマッチが有る場合、ターゲット配列特異的に翻訳が抑制されます(15, 16)。　翻訳抑制のメカニズムは十分に解明されていませんが、microRNAと結合した、mRNAはProcessing body (P-body) に蓄積していることが確認されています(17)(Fig.2 右)。　最近、P-bodyの形成には、small RNAが必要であるとの報告や(18)、翻訳抑制にはRISCの一員であるRCK/p54が重要であり、P-bodyは必要ないという報告(19)もあり、RISCと結合して翻訳抑制されたmRNAがP-bodyを形成するのではないかと考えられます。

　MicroRNAは、細胞の発達や分化、増殖など、様々な機能に関与することが報告されています(20, 21, 22, 23, 24)。とりわけガンとの関係は良く調べられており、慢性リンパ性白血病(B-CLL)と、miR15, miR16 との関連や、ガンの血管新生とmiR17-92との関係など、多数報告があります(24, 25, 26, 27)。
　インフォマティクス解析や、実験の結果から、microRNAがターゲットmRNAを認識するには、microRNAの5’側2～8塩基(seed region)が、ターゲットmRNAとパーフェクトマッチすることが必要であるとされています(32, 33, 34)。試算では、一つのmicroRNAが平均200個のmRNAに結合すると計算されており(36)、実際にひとつのmicroRNAが多くの転写産物量に影響を及ぼすという報告もあります(31)。しかしながら、microRNAの結合配列がmRNAの3'UTRに存在しても、必ずしも遺伝子の抑制効果が得られないとの実験結果も報告されており(35)、配列だけではターゲット遺伝子を同定できないと同時に、microRNAのターゲット認識には、まだ見つかっていない要素の関与が推測されます。

　最近、microRNAのアレイ解析により、ガン細胞におけるmicroRNAの発現低下が確認され、アレイ解析によってガンの種類や、ステージの分類も可能であるとの報告がなされ(28, 39)、microRNAとガン遺伝子、あるいはガン抑制遺伝子との関係が注目されています。また、発生段階で特異的に発現するmicroRNAもアレイ解析から見つかっており(40)、疾患関連遺伝子や分化関連遺伝子の研究には、これまでのDNAマイクロアレイによる解析に、microRNAの発現プロファイリングを重ねる必要があるといえます(Fig.3)。
　MicroRNAのアレイ解析などから、研究対象となるmicroRNAが決まっても、microRNAとmRNAの結合が、パーフェクトマッチとは限らないため、microRNAのターゲットとなるmRNAを同定することは容易ではありません。 MicroRNAのターゲットを探すには、そのmicroRNAを過剰発現させるか、microRNAインヒビター(38)を用いてmicroRNAをサイレンシングし、表現型の変化や、DNAマイクロアレイのデータ、配列から予測されるターゲット遺伝子情報などから、ターゲット遺伝子を絞り込んでいきますが(Fig.3 中段)、決定的な方法はまだありません(37, 41)。

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