ShRNA

shRNAとは

shRNA（エスエイチアールエヌエー）は、”small hairpin RNA” または “short hairpin RNA” の略称であり、日本語ではそれぞれ小ヘアピンRNA、あるいは短ヘアピンRNAと呼ばれます。これは、特定の遺伝子の働きを抑制するメカニズムであるRNA干渉を利用するために人工的に設計された、ヘアピンのような構造を持つ特殊なRNA分子です。shRNAを細胞内で発現させることで、その分子が標的とする遺伝子のメッセンジャーRNA（mRNA）を選択的に分解し、結果として当該遺伝子の発現量を低下させたり、完全に抑制したりすることができます。

細胞内での機能メカニズム

shRNAは、通常、プラスミドやウイルスベクターなどの遺伝子運搬体を介して細胞に導入されます。細胞内でshRNAを継続的に産生させるためには、U6プロモーターやH1プロモーターといった、RNAポリメラーゼIIIによって転写される強力なプロモーター配列が利用されるのが一般的です。これらのプロモーターは細胞の種類によらず普遍的に機能し、安定したshRNAの発現を可能にします。導入されたベクターは細胞分裂の際にも娘細胞へ受け継がれることが多く、これにより遺伝子サイレンシングの効果が持続的に維持されます。

細胞内に転写されて産生されたshRNAは、その特徴的なヘアピン構造を持っています。このヘアピン構造は、細胞が本来持っているRNAプロセシング機構によって認識され、ダイサーなどの酵素によって約21～23塩基対の短い二本鎖RNA（siRNA: small interfering RNA）へと正確に切断されます。このsiRNAは、次にRNA誘導サイレンシング複合体（RISC: RNA-induced silencing complex）と呼ばれる多タンパク質複合体に取り込まれます。RISCと結合したsiRNAは、その二本鎖のうちの一方のストランド（ガイドストランド）を利用して、細胞内に存在する様々なmRNAの中から、自身と相補的な塩基配列を持つ標的mRNAを探索します。標的mRNAを見つけると、RISCはそのmRNAに結合し、内在性のヌクレアーゼ活性によってこれを切断・分解します。標的mRNAが分解されることで、遺伝子からタンパク質への翻訳が阻害され、結果としてその遺伝子の機能が抑制される、すなわち遺伝子サイレンシングが達成されます。

転写機構と生体応答

多くの哺乳類細胞において、shRNAの発現には主にRNAポリメラーゼIIIが関与します。しかし、RNAポリメラーゼIIIによる多量のRNA産生は、細胞がウイルス感染を防御する際に用いる自然免疫応答、特にインターフェロン応答を誘導する可能性があります。これにより、細胞の生存率に影響が出たり、目的としない遺伝子の発現が変化したりするなどの問題が生じることが知られています。これに対し、細胞が元来持っているマイクロRNA（miRNA）は、主にRNAポリメラーゼIIによって転写され、このような強いインターフェロン応答を引き起こしにくいという違いがあります。

他の生物における利用

shRNAを利用した遺伝子サイレンシング技術は、哺乳類細胞だけでなく、植物やその他の様々な生物種においても広く応用されています。ただし、使用されるプロモーターは生物種によって異なります。例えば、植物では、カリフラワーモザイクウイルス由来のCaMV35Sプロモーターのような、植物細胞で非常に強い恒常的な発現を可能にするプロモーターがよく用いられます。CaMV35SプロモーターはRNAポリメラーゼIIによって認識され、RNA干渉の誘導に必要なRNA分子の転写開始を担います。このように、shRNAシステムは、使用するプロモーターやRNAポリメラーゼの種類を変えることで、様々な生物種や研究目的に応じて柔軟に対応させることが可能です。

shRNA技術は、特定の遺伝子の機能を効率的かつ持続的に抑制できる強力なツールとして、基礎生物学研究における遺伝子機能解析、疾患メカニズムの解明、さらには遺伝子治療や新たな薬剤開発の研究など、幅広い分野で活用されています。

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