5'キャップ

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5'キャップ構造(cap-2)

5'キャップとは、真核生物細胞質mRNAなどの5'末端に見られる修飾構造で、成熟mRNAの安定性と翻訳開始などに関与している。ミトコンドリア[1]や葉緑体[2]のmRNAにはキャップ構造は存在しない。

構造[編集]

真核生物のmRNA分子の5'末端には三リン酸結合を介してグアノシンが結びついており、他では通常見られることのない5'-5'結合となっていることが特徴的である。またこのグアノシンのグアニン塩基は7位がメチル化されるので、7-メチルグアニル酸(m7G)キャップとも呼ばれる[3]

多細胞生物やある種のウイルスでは、上記のcap-0に加えてmRNAの最初1つまたは2つのリボースの2'位がメチル化される。最初1つがメチル化されているものをcap-1、最初2つがメチル化されているものをcap-2と呼んでいる[4]

またsnRNAは特殊なキャップ構造を持っており、SmRNAはトリメチルグアノシンキャップ、LsmRNAはモノメチルリン酸キャップとなっている[5]

機能[編集]

5'キャップの機能としては以下が挙げられる。

  1. 核外への輸送の制御[6][7]
    キャップにキャップ結合複合体(CBC)が結合し、それが核膜孔複合体に認識されて、核外へと輸送される。
  2. エキソヌクレアーゼによる分解の抑制[8][9][10]
    5'キャップによりRNAの5'端の水酸基がブロックされているため、5'→3'エキソヌクレアーゼに対して抵抗性を持つようになる。加えて、キャップ結合複合体などが5'末端を遮蔽する効果もあり、分解が抑制される。
  3. 翻訳の促進[11][3][12]
    キャップ結合複合体が翻訳開始因子に置き換わることで翻訳の促進に関わっている。[13]
  4. 最も5'端に近いイントロンスプライシングを促進[14]

形成[編集]

RNAポリメラーゼII(polII)にキャッピング酵素複合体が結合しており[15]、polIIがmRNAを転写し始めると、転写が終了するよりも前に以下の過程を経てキャップが付加される[11]

  1. RNAトリホスファターゼが合成中のRNAの5'末端の三リン酸からリン酸基1つを取り除く。(5'(ppN)[pN]n
  2. そこへmRNAグアニリル転移酵素によって5'-5'結合が作られる。GTPからピロリン酸が取り除かれ、RNA末端とグアノシンの間には三リン酸結合が生じる。(5'(Gp)(ppN)[pN]n
  3. mRNAグアニンN7メチル基転移酵素によってグアニンのN7原子がメチル化される。メチル基はS-アデノシルメチオニンに由来する。(5'(m7Gp)(ppN)[pN]n:cap-0)
  4. 場合によって、RNA末端1つまたは2つのリボースがメチル化される(cap-1/cap-2)[4]
  5. さらにRNA末端がアデニン塩基の場合はN6原子もメチル化される[11]

除去[編集]

盛んに翻訳が行われているmRNAの場合は、翻訳開始因子がキャップを保護しているため、キャップの除去は起こりにくい。ただし能動的にキャップの除去を行う様々な機構が知られている。キャップ除去酵素によってキャップ構造が除去されると、5'リン酸末端が生じてエキソヌクレアーゼによる分解が可能になる。

参考文献[編集]

  1. ^ Temperley, Richard J.; Wydro, Mateusz; Lightowlers, Robert N.; Chrzanowska-Lightowlers, Zofia M. (June 2010). “Human mitochondrial mRNAs—like members of all families, similar but different”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 1797 (6-7): 1081–1085. doi:10.1016/j.bbabio.2010.02.036. PMC 3003153. PMID 20211597. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005272810000915 2014年12月12日閲覧。. 
  2. ^ Monde, Rita A; Schuster, Gadi; Stern, David B (7 June 2000). “Processing and degradation of chloroplast mRNA”. Biochimie 82 (6-7): 573–582. doi:10.1016/S0300-9084(00)00606-4. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300908400006064 2014年12月12日閲覧。. 
  3. ^ a b Banerjee, A K (June 1980). “5'-terminal cap structure in eucaryotic messenger ribonucleic acids”. Microbiol Rev 44 (2): 175–205. 
  4. ^ a b Meyer, Kate D.; Jaffrey, Samie R. (9 April 2014). “The dynamic epitranscriptome: N6-methyladenosine and gene expression control”. Nature Reviews Molecular Cell Biology 15 (5): 313–326. doi:10.1038/nrm3785. http://www.nature.com/nrm/journal/v15/n5/full/nrm3785.html 2014年12月12日閲覧。. 
  5. ^ Matera, A. Gregory; Terns, Rebecca M.; Terns, Michael P. (March 2007). “Non-coding RNAs: lessons from the small nuclear and small nucleolar RNAs”. Nature Reviews Molecular Cell Biology 8 (3): 209–220. doi:10.1038/nrm2124. PMID 17318225. http://www.nature.com/nrm/journal/v8/n3/full/nrm2124.html 2014年12月12日閲覧。. 
  6. ^ Visa, N.; Izaurralde, E.; Ferreira, J.; Daneholt, B.; Mattaj, I. W. (1 April 1996). “A nuclear cap-binding complex binds Balbiani ring pre-mRNA cotranscriptionally and accompanies the ribonucleoprotein particle during nuclear export”. The Journal of Cell Biology 133 (1): 5–14. doi:10.1083/jcb.133.1.5. http://jcb.rupress.org/content/133/1/5.abstract 2014年11月23日閲覧。. 
  7. ^ Lewis, Joe D.; Izaurralde, Elisa (15 July 1997). “The Role of the Cap Structure in RNA Processing and Nuclear Export”. European Journal of Biochemistry 247 (2): 461–469. doi:10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x/abstract 2014年11月23日閲覧。. 
  8. ^ Evdokimova, Valentina; Ruzanov, Peter; Imataka, Hiroaki; Raught, Brian; Svitkin, Yuri; Ovchinnikov, Lev P.; Sonenberg, Nahum (1 October 2001). “The major mRNA-associated protein YB-1 is a potent 5' cap-dependent mRNA stabilizer”. The EMBO Journal 20 (19): 5491–5502. doi:10.1093/emboj/20.19.5491. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1093/emboj/20.19.5491/full 2014年11月23日閲覧。. 
  9. ^ Gao, Min; Fritz, David T.; Ford, Lance P.; Wilusz, Jeffrey (March 2000). “Interaction between a Poly(A)-Specific Ribonuclease and the 5′ Cap Influences mRNA Deadenylation Rates In Vitro”. Molecular Cell 5 (3): 479–488. doi:10.1016/S1097-2765(00)80442-6. PMC 2811581. PMID 10882133. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276500804426 2014年11月23日閲覧。. 
  10. ^ Burkard, K. T. D.; Butler, J. S. (15 January 2000). “A Nuclear 3'-5' Exonuclease Involved in mRNA Degradation Interacts with Poly(A) Polymerase and the hnRNA Protein Npl3p”. Molecular and Cellular Biology 20 (2): 604–616. doi:10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. http://mcb.asm.org/content/20/2/604.short 2014年11月23日閲覧。. 
  11. ^ a b c Shatkin, A (December 1976). “Capping of eucaryotic mRNAs”. Cell 9 (4): 645–653. doi:10.1016/0092-8674(76)90128-8. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0092867476901288 2014年11月23日閲覧。. 
  12. ^ Sonenberg, Nahum; Gingras, Anne-Claude (April 1998). “The mRNA 5′ cap-binding protein eIF4E and control of cell growth”. Current Opinion in Cell Biology 10 (2): 268–275. doi:10.1016/S0955-0674(98)80150-6. 
  13. ^ Marcotrigiano, Joseph; Gingras, Anne-Claude; Sonenberg, Nahum; Burley, Stephen K. (June 1997). “Cocrystal Structure of the Messenger RNA 5′ Cap-Binding Protein (eIF4E) Bound to 7-methyl-GDP”. Cell 89 (6): 951–961. doi:10.1016/S0092-8674(00)80280-9. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867400802809 2014年11月23日閲覧。. 
  14. ^ Konarska, Maria M.; Padgett, Richard A.; Sharp, Phillip A. (October 1984). “Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors”. Cell 38 (3): 731–736. doi:10.1016/0092-8674(84)90268-X. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/009286748490268X 2014年12月12日閲覧。. 
  15. ^ Fabrega, Carme; Shen, Vincent; Shuman, Stewart; Lima, Christopher D. (June 2003). “Structure of an mRNA Capping Enzyme Bound to the Phosphorylated Carboxy-Terminal Domain of RNA Polymerase II”. Molecular Cell 11 (6): 1549–1561. doi:10.1016/S1097-2765(03)00187-4. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276503001874 2014年11月23日閲覧。.