センス (分子生物学)

核酸分子における「センス」という概念は、分子生物学遺伝学の分野で重要な役割を果たします。DNAやRNAといった核酸の鎖が持つ「センス(sense)」とは、その鎖がアミノ酸の配列、すなわちタンパク質の設計図を指定する際にどのような性質や役割を持つかを指す言葉です。この意味は、それがDNAなのかRNAなのか、あるいはウイルスのゲノムなのかといった文脈によって少し異なります。

DNAにおけるセンスとアンチセンス



二本鎖DNAは、互いに逆向きで相補的な配列を持つ2本の鎖から構成されています。これらの鎖を区別するために、通常「センス鎖」と「アンチセンス鎖」と呼ばれます。

あるDNA鎖が「ポジティブセンス」(ポジティブ(+)または単にセンスとも)と呼ばれるのは、そのヌクレオチド配列が、最終的にアミノ酸配列に翻訳されるか、または翻訳される可能性のあるRNA転写物(mRNAなど)の配列とほぼ同じである場合です。ただし、DNAのチミン(T)は、RNAではウラシル(U)に置き換わって対応します。

もう一方の鎖は「ネガティブセンス」(ネガティブ(-)またはアンチセンスとも)と呼ばれます。この鎖は、ポジティブセンス鎖およびRNA転写物の両方に対して逆相補的な配列を持ちます。細胞内でRNAが合成される際(転写)、RNAポリメラーゼという酵素が鋳型として利用するのは、このアンチセンス鎖です。アンチセンス鎖を鋳型に相補的な塩基対が形成されることで、生成されるRNA転写物の配列は、チミンウラシルに置き換わる以外はセンス鎖の配列と同一になります。

センス鎖」は「コード鎖(coding strand)」、「アンチセンス鎖」は「鋳型鎖(template strand)」とも呼ばれますが、二本鎖DNAにおいてはほぼ同義です。ただし、コード鎖/センス鎖が必ずしもタンパク質の情報(コード)のみを含むわけではなく、非コードRNAが転写される場合もあります。

「センス」や「アンチセンス」という区別は、特定のRNA転写物に関連して定義され、DNA鎖全体が常にどちらか一方であるとは限りません。ゲノム上の異なる場所では、同じDNA分子のどちらの鎖もアンチセンス鎖(鋳型)として機能し得ます。多くの生物ゲノムでは、両方のDNA鎖が遺伝子の鋳型として利用されています。

DNAの方向性と表記



DNA鎖の配列は5'末端から3'末端への方向に読み進められます。転写や翻訳の方向性はこの末端の向きによって決まるため、センス/アンチセンスの区別も方向と関連しています。二本鎖DNAの上側を「ワトソン鎖」、下側を「クリック鎖」と呼ぶ慣習がありますが、どちらの鎖も特定の遺伝子に応じてセンスまたはアンチセンスになりえます。データベースなどでは、遺伝子がどちらの鎖にあるかを示す表記が使われることもあります。

ウイルスのRNAセンス



ウイルス学では、「センス」はRNAウイルスのゲノムRNAに対して使われます。ゲノムRNAが「ポジティブセンス」(プラス鎖)または「ネガティブセンス」(マイナス鎖)に分類されます。

ポジティブセンス(プラス鎖)RNA: このRNAは、宿主細胞のリボソームによって直接ウイルスタンパク質に翻訳され得ます。つまり、ウイルスゲノムRNA自体がmRNAとして機能します。コロナウイルスなどはこのタイプで、複製に必要なRNAポリメラーゼを粒子に含める必要がありません。
ネガティブセンス(マイナス鎖)RNA: このRNAは、ウイルスが作りたいmRNAの配列と相補的です。タンパク質に翻訳される前に、RNA依存性RNAポリメラーゼによってまずポジティブセンスRNAに転写される必要があります。インフルエンザウイルスなどはこのタイプで、粒子内にRNAポリメラーゼを持ち込んでいます。

一部のウイルスは、ゲノムの一部にポジティブセンスとネガティブセンスの両方の領域を持つ「アンビセンス(ambisense)」ゲノムを持ちます。

アンチセンスRNAの機能と応用



細胞内に存在する、または人工的に導入されるmRNAに相補的なRNA配列を「アンチセンスRNA」と呼ぶことがあります。これらは多くの場合、非コードRNAであり、標的となるmRNAと二重鎖を形成することで、そのmRNAからのタンパク質合成(翻訳)を阻害する機能を持つことがあります。この機能はRNA干渉(RNAi)として知られる機構の一部であり、細胞が生成するマイクロRNAなども含まれます。

このアンチセンスの性質は、特定の遺伝子の発現を抑制する技術や、疾患治療への応用(アンチセンス療法)に利用されています。アンチセンスオリゴヌクレオチドという短い核酸分子を人工的に合成し、細胞に導入することで、標的mRNAを分解させたり(RNase H依存性)、翻訳を物理的に妨げたり(立体阻害)することができます。ホミビルセンやミポメルセンといった薬剤が、アンチセンス医薬品として承認されています。また、アンチセンスRNAは、特定の遺伝子の転写レベルを検出するプローブとしても使われます。

核酸のセンスという概念は、遺伝情報の流れの理解から、ウイルスの性質、そして遺伝子制御や治療法開発に至るまで、分子生物学の様々な側面において基礎となる重要な用語です。

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