自己スプライシング

自己スプライシングとは、驚くべきことに、触媒機能を持つタンパク質が介在することなく、RNA分子であるイントロン（タンパク質に翻訳されない領域）自身が、その配列を自身の前駆体RNAから切り出し、続いてタンパク質に翻訳されるエクソンと呼ばれる隣接するRNA断片同士を結合させる一連の反応を指します。通常、RNAのスプライシングという過程は、スプライセオソームと呼ばれる巨大なタンパク質・RNA複合体によって精緻に制御されていますが、自己スプライシングは、RNA単独での機能発現の典型例と言えます。ただし、生体内の環境では、RNAに加えて様々なタンパク質因子が、この反応を促進または補助している場合があることも指摘されています。

自己スプライシングを行うイントロンは、大きく二つのグループに分類されます。

グループIイントロン

グループIイントロンは、自己スプライシングの最初の発見例として知られています。この現象は、1980年代初頭にトーマス・チェックとシドニー・アルトマンという研究者によって、繊毛虫であるテトラヒメナの核ゲノムに含まれるリボソームRNA（rRNA）前駆体から見出されました。この発見は、RNAが遺伝情報の伝達だけでなく、生化学反応の触媒としても機能し得ることを世界で初めて示したものであり、後にRNAが酵素のような働きを持つ「リボザイム」と呼ばれる契機となりました。リボザイムの発見は、初期生命において遺伝情報と触媒機能の両方を担っていたRNAが生命の起源となったとする「RNAワールド仮説」を提唱する上で、極めて重要な根拠の一つとなりました。

グループIイントロンは、テトラヒメナの核rRNAのほか、酵母など菌類のミトコンドリアに存在するrRNAや、植物の葉緑体rRNA、さらには一部の細菌のtRNAなど、幅広い生物種やオルガネラのRNAに見られます。これらのイントロンの配列には、厳密な共通配列（コンセンサス配列）はほとんど見られませんが、反応に必要な共通の立体構造（二次構造モチーフ）を持っていることが特徴です。このスプライシング反応には、マグネシウムイオン（Mg2+）と、遊離したグアノシン（またはGMP, GDP, GTP）が必要です。反応は二段階で進行します。まず、遊離のグアノシンがイントロンの開始点、すなわち5'スプライスサイトを攻撃し、RNAを切断します。これにより、切断されたイントロンの上流側の配列（上流エクソン）と、グアノシンが結合した下流側の配列（イントロンと下流エクソン）が生成します。次に、上流エクソンの末端にある3'側の水酸基が、イントロンの終点である3'スプライスサイトを攻撃することで、イントronが切り離され、上流エクソンと下流エクソンとが結合し、成熟したRNAが完成します。

グループIIイントロン

もう一つの主要な自己スプライシングイントロンが、グループIIイントロンです。これらは主に、菌類のミトコンドリアmRNA（例えばシトクロム遺伝子の一部）や、植物の葉緑体mRNAなどに見られます。グループIIイントロンは、グループIイントロンとは異なる特徴的な立体構造を持っています。配列に関しても、グループIほどではありませんが、スプライスサイト周辺に比較的よく保存された配列が存在することが知られています。

グループIIイントロンの自己スプライシング反応は、その過程でラリアット構造（投げ縄のような環状構造）を持つ中間体を生じることが大きな特徴です。この反応様式は、真核生物の核内で見られるpre-mRNAのスプライシング、すなわちスプライセオソームによって行われるスプライシングと非常に類似しています。この類似性から、現在真核生物の多くの遺伝子に見られるスプライセオソーマルイントロンは、進化の過程でグループIIイントロンから派生してきたのではないか、という説が有力視されています。

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