SiRNA

siRNA (small interfering RNA)

siRNA（エスアイアールエヌエー）は、small interfering RNAの略称で、低分子干渉RNAとも呼ばれます。これは、一般的に21塩基対から23塩基対程度の長さを持つ、短い二本鎖のRNA分子です。

siRNAは、RNA干渉（RNAi）という生命現象の中心的な役割を担っています。この現象によって、siRNAは細胞内に存在する特定のメッセンジャーRNA（mRNA）と結合し、そのmRNAを破壊することで、対応する遺伝子の発現を配列特異的に抑制する働きをします。これは、まるで特定の遺伝子のスイッチを切るような効果をもたらします。

RNA干渉は、もともとウイルス感染などに対する生体防御機構の一つとして、生物が進化の過程で獲得してきた仕組みだと考えられています。細胞内に侵入したウイルスの二本鎖RNAなどを標的として分解することで、ウイルスの増殖を抑え込む役割を果たしていたと推測されています。

当初、siRNAによる転写後遺伝子サイレンシング（PTGS）と呼ばれる現象は、線虫や植物において報告されていました。しかし、後に人工的に合成されたsiRNAがヒトを含む哺乳類の細胞内でもRNA干渉を引き起こすことが発見され、その応用可能性が大きく広がりました。現在では、siRNAを用いたRNA干渉は、特定の遺伝子の機能を一時的に失わせる「遺伝子ノックダウン」の強力な手法として、生物学や医学分野の基礎研究で広く利用されています。さらに、病気の原因となる遺伝子の働きを抑え込む新しい治療法として、臨床現場への応用も大いに期待されています。

構造

siRNAは通常、約21塩基対からなる二本鎖RNAですが、その特徴的な構造として、両方のRNA鎖の3'（スリープライム）末端が、それぞれ2塩基分ほど突出しています。細胞内で自然に生成されるsiRNAは、長いヘアピン構造を持つRNAや、より長い二本鎖RNAから、「ダイサー」と呼ばれる特定の酵素によって正確な長さに切り出されて作られます。この切り出しの過程を経て生成されたsiRNAは、それぞれの鎖の5'（ファイブプライム）末端にリン酸基を、3'末端にヒドロキシル基を持っています。

siRNAによるRNA干渉のメカニズム

細胞内に導入されたsiRNAがどのように遺伝子発現を抑制するのか、そのメカニズムは以下の通りです。

1. siRNAの生成と加工: 細胞質に存在する、自然に生じた、あるいは外部から導入された長い二本鎖RNAは、酵素ダイサーによって約21〜23塩基対の短いsiRNAへと切断されます。
2. RISC複合体の形成: 生成された二本鎖siRNAは、ヘリカーゼと呼ばれる酵素の働きを受けて、一本鎖にほどかれます。この一本鎖RNAは、アルゴノートなどのタンパク質と結合し、RISC (RNA-induced silencing complex) と呼ばれる複合体を形成します。RISCは、RNA干渉における実行部隊となる重要な分子複合体です。
3. 標的mRNAの探索: RISC複合体に取り込まれた一本鎖siRNAは、標的となるmRNAを見つけ出すための「ガイド」として機能します。siRNAの配列と完全に、あるいは非常に高い相補性を持つmRNA配列を探し出します。
4. 標的mRNAの分解: RISC複合体は、ガイドとなるsiRNAが結合した標的mRNAを特異的に認識します。RISCに含まれるアルゴノートなどのタンパク質は、mRNAを切断するエンドヌクレアーゼ活性（特に「スライサー活性」と呼ばれる）を持っており、標的mRNAを破壊します。mRNAが分解されると、それを鋳型としてタンパク質が合成されるプロセスが阻害され、結果として特定の遺伝子の発現が抑制されます。

応用と課題

siRNAを細胞内に導入することで特定の遺伝子発現を抑制する方法は、研究や医療において非常に強力なツールとなります。しかし、この手法によって得られる効果は、細胞内に導入されたsiRNAが分解されるまでの一時的なものであるという課題があります。より持続的な遺伝子ノックダウン効果を得たい場合には、siRNAそのものを導入するのではなく、細胞内でsiRNAを継続的に生産するための遺伝子（siRNA発現ベクター、例えばプラスミドなど）を細胞に導入し、安定的に発現する細胞株を作製するといった方法が用いられます。

siRNAの研究は現在も進められており、その特異性と効果の高さから、基礎科学だけでなく、がんやウイルス感染症など様々な疾患の治療法開発における有望なアプローチとして注目されています。

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