MRNA前駆体

mRNA前駆体 (mRNA Precursor)

遺伝情報が細胞内でタンパク質へと変換されるプロセスは、まずDNAからRNAへの転写から始まります。mRNA前駆体とは、この転写によって生じたRNA分子が、細胞質で実際にタンパク質合成の鋳型となる成熟したメッセンジャーRNA (mRNA)として機能できるようになる前に存在する、中間的な形態のRNAを指します。多くの場合、これはDNA上の遺伝子が直接写し取られた直後の一次転写産物に相当します。

特に真核生物において、mRNA前駆体は重要な意味を持ちます。真核生物のタンパク質をコードする遺伝子の多くは、タンパク質の情報を持つエクソン (exon)と呼ばれる領域と、その間に挟み込まれたタンパク質の情報を持たないイントロン (intron)と呼ばれる領域が交互に配置された構造をしています。DNAからRNAポリメラーゼという酵素によって遺伝情報が転写されると、このエクソンとイントロンの両方を含んだ長いRNA分子が合成されます。これがmRNA前駆体であり、ヘテロ核RNA (heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)とも呼ばれます。

このmRNA前駆体は、細胞の核内で成熟したmRNAとなるために、様々なRNAプロセシングと呼ばれる分子修飾を受けます。主なプロセスは以下の三つです。

1. スプライシング (Splicing): mRNA前駆体に含まれるイントロン部分を正確に切り出し、エクソン部分のみを連結する過程です。このプロセスはスプライソソームと呼ばれる複雑な分子機械によって行われます。正確なスプライシングは、タンパク質のアミノ酸配列を正しく決定するために不可欠であり、もしこの過程でエラーが生じると、非機能的なタンパク質が合成されたり、全く異なるタンパク質が合成されたりする可能性があります。また、一つのmRNA前駆体から複数の異なる組み合わせでエクソンを連結することで、多様なタンパク質を生み出す選択的スプライシング (Alternative Splicing)というメカニズムも存在し、真核生物の遺伝子機能の多様性に大きく貢献しています。
2. 5'キャップ構造の付加 (5' Capping): mRNA前駆体の5'末端（転写開始側の端）に、転写開始直後に特殊な構造を持つグアニンヌクレオチド（7-メチルグアノシン）が付加される化学修飾です。この5'キャップ構造は、mRNAが核内で分解されるのを防ぎ、核からの輸送を助け、細胞質でのリボソームによる翻訳開始を効率的に行うために重要な役割を果たします。
3. 3'ポリA尾部の付加 (3' Polyadenylation): mRNA前駆体の3'末端（転写終結側の端）に、数百個にも及ぶアデニンヌクレオチドが数珠状に連結した長い鎖（ポリA尾部）が付加される修飾です。このポリA尾部も、mRNAの安定性を高め、核からの輸送、そして翻訳の効率化や終結に寄与します。多くの場合、ポリA尾部の長さはmRNAの安定性や翻訳効率に影響を与えます。

これらのRNAプロセシングを経て、イントロンが取り除かれ、両末端にキャップ構造とポリA尾部が付加されたRNA分子が成熟mRNAです。成熟mRNAは、核膜孔複合体を介して細胞質へと輸送され、そこでリボソームと結合し、格納された遺伝情報に従って特定のアミノ酸配列を持つタンパク質が合成（翻訳）されます。

mRNA前駆体は、主に真核生物の核で生成・加工されますが、例外的に真核生物の一部のオルガネラ（細胞小器官）、例えば酵母や植物のミトコンドリアや葉緑体ゲノムにコードされた遺伝子の中にも、イントロンを持つものがあります。これらの遺伝子から転写された一次転写産物も、イントロン除去などの加工を必要とするため、広義にはmRNA前駆体と見なされます。特筆すべきは、これらのオルガネラや一部の原核生物にも見られる自己スプライシングイントロンの存在です。これは、RNA分子自身が触媒として働き、タンパク質の補助なしにイントロンの切り出しとエクソンの連結を行う能力を持つものです。

このように、mRNA前駆体はDNA上の遺伝情報が最終的に機能的なタンパク質へと変換される過程における不可欠な中間段階であり、この段階での正確かつ複雑な分子プロセスが、生命活動に必要な多様なタンパク質の合成を支えています。mRNA前駆体の加工異常は、遺伝子発現に重大な影響を及ぼし、様々な疾患の原因となることも知られています。

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