ノンコーディングRNA

ノンコーディングRNA（non-coding RNA, ncRNA, 非コードRNA）とは、細胞内でタンパク質を合成するための設計図となるmRNAとは異なり、それ自体が機能分子として働く、あるいは他の分子と複合体を形成して機能するRNAの総称です。これらのRNAをコードする遺伝子はノンコーディングRNA遺伝子、または単にRNA遺伝子と呼ばれることがあります。

概要

ノンコーディングRNAは、タンパク質に翻訳されない「その他のRNA」の総称として用いられます。その種類は非常に多様で、わずか20塩基程度のものから、10万塩基を超える長大なものまでが報告されています。このような分子サイズの大きな違いから推測されるように、機能性分子としてのノンコーディングRNAに共通点は少なく、その生理機能も多岐にわたります。

ノンコーディングRNAの一部は、タンパク質をコードするmRNAと同様に転写されますが、翻訳の過程を経ずにRNA分子そのものが機能を発揮します。ただし、中にはRNA分子自体に直接的な機能がなく、その遺伝子座での転写行為自体が重要である場合や、生体にとって必須ではない場合も存在するため、すべてのノンコーディングRNAが厳密な意味での「機能性RNA」であるわけではありません。

翻訳に関わる転移RNA（tRNA）やリボソームRNA（rRNA）は、古くから知られるノンコーディングRNAの代表例であり、細胞内に最も豊富に存在します。しかし、1980年代以降、低分子量核内RNAやマイクロRNAなどが次々と発見され、基本的な代謝から発生、細胞分化に至るまで、実に多様な生命現象に関与していることが明らかになりました。ヒトゲノムのわずか2%しかタンパク質をコードしていないことが明らかになったこともあり、ノンコーディングRNAは以前考えられていたよりもはるかに重要な役割を担っていると考えられています。

主な種類

ノンコーディングRNAは、その構造や機能、局在などに基づいていくつかの種類に分類されます。

転移RNA (tRNA): 翻訳時にアミノ酸をリボソームへ運ぶアダプター分子。mRNAのコドンを認識し、対応するアミノ酸をポリペプチド鎖に組み込みます。
リボソームRNA (rRNA): タンパク質合成装置であるリボソームの主要な構成要素。特に原核生物では、ペプチド結合の形成反応を触媒する中心的な役割を担います。
核内低分子RNA (snRNA): 真核生物の核に存在し、RNAスプライシング（mRNA前駆体から不要部分を除去する過程）やrRNAの成熟化などに関与します。タンパク質と複合体（snRNP）を形成し、スプライソソームと呼ばれる巨大な触媒複合体の一部となります。
核小体低分子RNA (snoRNA): 主に核小体に局在し、rRNAなどの他のRNA分子に対する化学修飾（メチル化やシュードウリジル化）をガイドします。snoRNP複合体として機能し、テロメア伸長酵素であるテロメラーゼのRNA成分も一種のsnoRNAです。
シグナル認識複合体 RNA (SRP RNA): タンパク質の細胞膜や小胞体への輸送・分泌を担うSRP複合体の構成要素。翻訳中のリボソームを輸送装置へ導く役割をします。
小さなRNA (small RNA): 20〜30塩基程度の低分子RNAの総称。RNA干渉を引き起こすsiRNA、遺伝子発現調節を行うmiRNA、トランスポゾン抑制に関わるpiRNAなどが知られています。これらはArgonauteファミリータンパク質と複合体（RISC）を形成し、標的RNAの分解や翻訳抑制を介して遺伝子発現を制御します。
長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA): 200塩基以上の比較的長いncRNA。多様な機能がありますが、特に核内構造体の構築やエピジェネティック制御（DNA配列の変化を伴わない遺伝子機能の変化）に関与する例が多く報告されています。mRNAに比べて発現量が少なく、細胞種や発生段階に特異的、核に局在するものが多い傾向があります。
環状RNA (circRNA): スプライシングの過程で生じる、環状構造を持つRNA。タンパク質をコードしないものが多く、miRNAと結合してその働きを調節するなどの機能が報告されています。
mRNAの非翻訳領域 (UTR): mRNA分子に含まれる、タンパク質に翻訳されない領域。この領域に、転写や翻訳を調節するリボスイッチや、特殊なアミノ酸の組み込みを指示する配列（SECIS）のようなシス作用性制御配列が含まれることがあります。
その他のncRNA: 上記の分類に当てはまらないものとして、トリパノソーマのRNA編集をガイドするgRNAや、特定のバクテリオファージのDNAパッケージングに関わるpRNAなども報告されています。

機能メカニズム

ノンコーディングRNAは様々なメカニズムで機能を発揮します。

RNAサイレンシング

小さなRNA（siRNAやmiRNAなど）は、RNA誘導サイレンシング複合体（RISC）を介して標的遺伝子の発現を抑制します。これらの小さなRNAは、Dicerなどの酵素によって二本鎖RNA前駆体から成熟した二本鎖として生成されます。この二本鎖はArgonauteタンパク質に結合し、一方の鎖（パッセンジャー鎖）が排除されて、もう一方の鎖（ガイド鎖）がArgonauteに保持されたRISCが形成されます。

RISCは、保持するガイド鎖と相補的な配列を持つ標的RNA（主にmRNA）に結合します。結合後、Argonauteタンパク質の種類によっては標的RNAを直接切断するもの（スライサー活性を持つもの）もあれば、切断せずに標的RNAに留まり、翻訳を抑制したり、他の発現抑制因子を呼び寄せたりするものもあります。siRNAは標的との相補性が高いため切断を引き起こしやすい一方、miRNAは相補性が低い場合が多く、翻訳抑制などを介して機能することが一般的です。

核内構造体構築

真核生物の核内には、膜を持たない様々な構造体（核スペックル、パラスペックルなど）が存在し、特定のタンパク質やRNAが集積しています。これらの核内構造体は、遺伝子発現の局所的な制御や、巨大なリボ核酸複合体の組み立ての場として機能します。長鎖ノンコーディングRNAの一部は、これらの核内構造体の形成や維持に必須の役割を果たします。例えば、パラスペックルはNEAT1というlncRNAを中心に形成され、多くのRNA結合タンパク質が集積する構造体です。lncRNAは足場として機能し、様々な制御因子を特定の場所に集めることで、効率的な細胞機能の実行を助けていると考えられています。

ノンコーディングRNAは、このように多岐にわたる種類と機能を持つことから、細胞の恒常性維持、発生、疾患など、生命の様々な側面で極めて重要な役割を担っていることが理解されています。

もう一度検索