シャイン・ダルガノ配列

定義と特徴

シャイン・ダルガノ配列（Shine-Dalgarno sequence）は、シャイン・ダルガノボックスやSD配列とも呼ばれ、原核生物のmRNA（伝令RNA）において、タンパク質合成の開始点となる開始コドンの上流に見られる特徴的なヌクレオチド配列を指します。

この配列は、一般的に`-AGGAGG-`といったプリン塩基（アデニンとグアニン）に富んだ特徴を持ちます。その長さは通常3から9塩基対程度で、平均は約4.8塩基対とされています。

機能と仕組み

シャイン・ダルガノ配列の主要な機能は、細胞内でタンパク質合成を担うリボソームをmRNA上に正しく配置し、正確な翻訳開始点（通常は開始コドンAUG）へと誘導することにあります。

この誘導は、リボソームを構成する16SrRNAと呼ばれるRNA分子の3'末端に存在する、シャイン・ダルガノ配列と相補的な配列（アンチシャイン・ダルガノ配列、例えば`-CCUCCUA`）との結合によって実現されます。この相補的対合によって、リボソームがmRNA上の適切な位置（リボソーム結合部位）に結合し、翻訳を開始するための準備が整います。

シャイン・ダルガノ配列とアンチシャイン・ダルガノ配列の結合は、その後の翻訳開始プロセスを円滑に進めるための重要なステップです。具体的には、この結合を足がかりとして、翻訳開始に必要な因子群（翻訳開始因子IF1、IF2-GTP、IF3など）や、最初のtRNA（通常はホルミルメチオニンを運ぶfMet-tRNA）がリボソーム上に効率よく集められ、タンパク質合成が開始されます。

発見と重要性

シャイン・ダルガノ配列は、1975年にオーストラリアの分子生物学者であるジョン・シャイン（John Shine）とリン・ダルガノ（Lynn Dalgarno）によって発見され、その存在が提唱されました。彼らの発見は、原核生物における遺伝子発現の初期段階、特に翻訳開始の精密な制御機構を理解する上で画期的なものでした。

変異による影響

シャイン・ダルガノ配列のヌクレオチド配列に変異が生じると、mRNAと16SrRNA上のアンチシャイン・ダルガノ配列との間の相補的な結合が弱まるか、あるいは完全に失われることがあります。その結果、リボソームがmRNAに結合する効率が著しく低下し、タンパク質合成（翻訳）の開始効率が低下することが広く観察されています。

シャイン・ダルガノ配列とアンチシャイン・ダルガノ配列間の正確な相互作用が翻訳効率に不可欠であることは、遺伝子工学的な実験によっても強く支持されています。例えば、mRNA側のシャイン・ダルガノ配列に変異がある場合でも、リボソーム側の16SrRNAにあるアンチシャイン・ダルガノ配列に、そのmRNAの変異配列と再び相補的な結合が可能となるような変異を導入すると、低下していた翻訳効率が回復することが実験的に証明されています。

真核生物の類似配列

真核生物においてもmRNAからタンパク質が合成されますが、その翻訳開始機構は原核生物とは異なります。真核生物のmRNAにも翻訳開始に関わる配列が存在しますが、これはシャイン・ダルガノ配列ではなく、主にコザック配列（Kozak sequence）として知られています。真核生物のリボソームは通常、mRNAの5'末端から3'末端へとスキャンしながら適切な開始コドンを探しますが、コザック配列はそのスキャンおよび正しい開始コドンの識別に重要な役割を果たします。

グラム陰性菌における代替機構

興味深いことに、全ての原核生物においてシャイン・ダルガノ配列が翻訳開始に絶対不可欠というわけではありません。特にグラム陰性菌の一部では、シャイン・ダルガノ配列が存在しなくても効率的に翻訳が開始されるケースが知られています。

例えば、大腸菌などのグラム陰性菌を用いた実験では、16SrRNAからアンチシャイン・ダルガノ配列を欠失させても、一部のmRNAの翻訳開始が他の場所で起こるわけではなく、むしろ翻訳開始効率が低下することが示唆されています。一方で、シャイン・ダルガノ配列を持たない多くの原核生物mRNAが存在することも明らかになっています。

このような場合、リボソームを翻訳開始位置に導く主要な役割を担っているのは、リボソームを構成するタンパク質の一つであるS1であると考えられています。S1タンパク質は、多くの原核生物のmRNAにおいて、開始コドンから約15から30ヌクレオチド上流に位置する、アデニン（A）とウラシル（U）を豊富に含む領域（AUリッチ領域）に特異的に結合する性質を持ちます。S1タンパク質はグラム陰性菌だけでなくグラム陽性菌を含む幅広い原核生物で同定されており、シャイン・ダルガノ配列に依存しない翻訳開始メカニズムにおいて重要な役割を果たしていると考えられています。

まとめ

シャイン・ダルガノ配列は、原核生物における遺伝子翻訳の正確な開始点を決定する上で中心的な役割を果たす配列です。リボソームの16SrRNAとの相補的結合を介してリボソームをmRNA上の適切な位置に効率的にリクルートし、タンパク質合成の開始を促します。しかし、特にグラム陰性菌など一部の原核生物では、リボソームS1タンパク質のような他の因子がシャイン・ダルガノ配列に依存しない翻訳開始を担うことも知られており、原核生物における翻訳開始機構の多様性を示唆しています。

もう一度検索