代替スプライシング
スプライシングアウトイントロン
その他のスプライシングイベント
組換えDNA技術
遺伝子スプライシングの応用
リソース
遺伝子はタンパク質をコードするDNA配列である。 遺伝子スプライシングは、特定の遺伝子または遺伝子配列が異なる生物のゲノムに挿入される遺伝子工学の一形態である。 遺伝子スプライシングはまた、タンパク質に翻訳されるようにデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を調製するためのデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の処理中の工程を特異的に
遺伝子スプライシングは、様々なDNA配列または遺伝子を細胞のDNAに統合することを目的とした分子生物学技術にも適用することができる。 個々の遺伝子は特定のタンパク質をコードし、ヒトゲノムプロジェクトの成果に基づいて、人体の各細胞に約30,000個の遺伝子があると推定されています。 異なったティッシュの細胞機能にさまざまな目的があるので、遺伝子はティッシュの特定の方法の遺伝子の表現の適切なレベルを維持するた 例えば、筋肉細胞は機能するために特定のタンパク質を必要とし、これらのタンパク質は脳細胞のタンパク質とは著しく異なる。 遺伝情報は、ほとんどの場合、両方の細胞型で同じであるが、異なる機能的目的は、異なる細胞のニーズをもたらし、したがって、異なるタンパク質は、異なる
遺伝子は適切なシグナルなしでは発現しない。 多くの遺伝子は不活性のままであり得る。 遺伝子発現の適切な刺激により、細胞は様々なタンパク質を産生することができる。 DNAは、最初に、細胞内の他の分子がそれを認識して適切なタンパク質に翻訳できる形に処理されなければならない。 DNAをタンパク質に変換する前に、それをリボ核酸（RNA）に転写する必要があります。 RNA成熟にはスプライシング、キャッピング、ポリアデニル化の三つのステップがある。 これらの各工程は、ｒｎａ転写物と呼ばれる新たに生成されたＲＮＡを調製することに関与し、それが分解されることなく核を出ることができるようにする。 遺伝子発現に関しては、RNAのスプライシングは、遺伝子スプライシングが遺伝子全体の特定の位置でこの文脈で起こるステップである。 スプライスされる遺伝子の領域は、イントロンとしても知られている介在配列である非コード領域を表す。 処理されたRNAに残るDNAはコード領域と呼ばれ、遺伝子の各コード領域はエクソンとして知られています。 したがって、イントロンはエクソン間に介在する配列であり、遺伝子スプライシングはイントロンの切除とエクソンの結合を伴う。 したがって、最終的な配列は、元のコード遺伝子またはＤＮＡ配列よりも短くなる。
遺伝子がどのように発現されるかにおいてスプライシングが果たす役割を理解するためには、遺伝子がどのように機能的な形に変化するかを理解することが重要である。 当初、ＲＮＡは、前駆体ＲＮＡ（またはプレＲＮＡ）と呼ばれる。 次いで、プレＲｎａは、転写ＲＮＡ（ｔＲＮＡ）、リボソームＲＮＡ（ｒＲＮＡ）、またはメッセンジャー ＲＮＡ（ｍＲＮＡ）と呼ばれる他のＲｎａにさらに修飾される。 mrnaは翻訳と呼ばれるプロセスでタンパク質をコードし、他のRnaはmRNAがタンパク質に翻訳されるのを助けるために重要である。 RNAスプライシングは、プレRnaから機能性RNA分子を作成します。
スプライシングは、通常、各遺伝子に対して所定の方法で進行する。 異なる時間間隔で転写物形成を停止した実験は、スプライシングがいくつかのイントロンから始まり、必ずしも隣接していない別のイントロンに選択的に進行する主要な経路に従うことを示している。 他の経路を追跡することができるが、各転写物は、イントロン切除のための独自の一次配列を有する。
Alternative splicing
単一の遺伝子を処理して多数の遺伝子産物またはタンパク質を作成することができ、このプロセスはalternative splicingと呼ばれます。 この場合、処理されたRNAには異なるエクソンの組み合わせが残る。 遺伝子内の様々なイントロン-エクソン部位での代替遺伝子スプライシングは、同じプレRNA分子からいくつかのタンパク質を作成するために使用す タンパク質は複数のドメインで構成されています。 異なるエクソンは、異なるドメインのためにコード化することができます。 選択的な接続はイントロンと同様、不必要なエクソンを取除くことができます。 代替スプライシングから生成することができるタンパク質の組み合わせは、構造または機能に関連しているが、同一ではない。 単一の遺伝子を使用して複数のタンパク質を作成することにより、細胞DNAをより効率的に利用することができる。
別のスプライシングは、異なるタンパク質が2つ以上の異なる細胞型によって同じ元の遺伝子から作られるように、組織特異的であり得る。 または、一つの細胞型は、同じ遺伝子を使用して複数の構成を行うことができます。 例えば、Ｂ細胞と呼ばれる一種の免疫細胞は、多数の抗原に対する抗体を製造する。 抗原は、それらが分解され、除去することができるように、免疫応答と抗体が結合し、抗原をトリガ異物である。 無限の数の抗体を産生することができるが、全ての抗体は、５つの基本的なサブタイプのうちの１つに分類される。 代替スプライシングは、同じ遺伝子からこれらの5つの抗体タイプを作成するために使用されます。
抗体は、複数の免疫グロ-ブリン（Ig）分子で構成されています。 これらの分子は、順番に複数のドメインを持っています。 重鎖定常領域と呼ばれる特定のドメインは、Ｉｇｍ、Ｉｇｄ、Ｉｇｇ、Ｉｇｅ、およびＩｇａと呼ばれる５つの抗体サブタイプを区別する。 異なったタイプの抗体はボディのさまざまな機能に役立ち、明瞭なボディティッシュで機能します。 例えば、Igaは胃腸粘膜に分泌され、Iggは胎盤を通過する。 これらの重鎖領域をコードする遺伝子は、個々のサブタイプの産生を指示するエクソンを含み、遺伝子は交互にスプライシングされ、最終的なmRNA転写物が得られ、これはそれらのいずれかを作ることができる。
ほとんどの遺伝子は1つの転写産物のみを産生するが、複数の転写産物を産生する遺伝子は多数の細胞的および発達的役割を有する。 代替スプライシングは、ショウジョウバエmelanogasterハエの性決定を制御します。 そして多数の蛋白質はさまざまな細胞の同じ遺伝子から差動的に表現されます。 異なった筋肉細胞は細胞特定のミオシン蛋白質を作成するのに互い違いの接続を使用します。 そしてさまざまな発達の段階の萌芽期の細胞は蛋白質、retinoic酸の多数の形態を作り出します。 いくつかの転写物は、5’末端で関連する転写物と異なり、他の転写物は3’末端で変化し得る。
スプライスオソーム
実際に細胞核内のRNAをスプライスする分子または分子複合体はスプライスオソームと呼ばれます。 スプライソソームは、追加の小さなタンパク質によって結合されたRnaの小さな配列で作られています。 このスプライセオソーム複合体は、イントロン-エクソン境界で特定のヌクレオチド配列を認識する。 ＤＮＡおよびＲＮＡは、両方とも、一般に、５’〜３’方向に読み取られる。 この指定は、DNAおよびRNA鎖の骨格を構成するホスホジエステル結合に基づいて行われる。 イントロンは、最初にそれらの5’末端で切断され、次にそれらの3’末端で切断される。 隣接する二つのエクソンはイントロンなしで一緒に結合している。 スプライソソームは、プレRNAに沿ってこれらの各ステップを実行してイントロンを除去する酵素複合体である。
スプライソソームを構成するsmall Rnaは、mrna、rrna、tRNAではなく、small nuclear Rna（snRNA）です。 snRNAは核内に非常に低い濃度で存在する。 Snrnaは、小さな核リボ核タンパク質粒子を構成するためにタンパク質と結合します。 いくつかのsnRNPsが凝集してスプライスオソームを形成する。 この二次構造は、イントロン内およびイントロン-エクソン境界におけるいくつかの重要な領域を認識する。 本質的には、snRNPsは触媒スプライシングの役割を果たしています。 個々のsnRNPの部品の不在はスプライシングを禁じることができます。 ＳＮＲＮＰは、遺伝子発現を調節することができる多くの複合体のうちの１つに過ぎない。
snrnpに加えて、いくつかのイントロンは自動（自己）スプライシング機能を持っています。 これらのイントロンは、グループIIイントロンと呼ばれています。 グループIIイントロンは、核から分離され、ミトコンドリアと呼ばれる細胞内の小さな区画に位置するゲノムから来るいくつかのミトコンドリア遺伝子 Mitochrondriaは細胞エネルギー条件にエネルギーを提供するために作用する。 すべての染色体DNAは核に位置していますが、いくつかの遺伝子は細胞ミトコンドリアに位置しています。 ＩＩ群イントロンは核イントロンと同様に内部イントロン領域を用いて二次構造を形成する。 しかし、これらのミトコンドリアのイントロンは、snRNPsなしで自分自身で再結合するエクソン-エクソンを指示します。
イントロンのスプライシング
様々なスプライシングシグナル配列は普遍的であり、スプライシングされたすべてのイントロン部位内に見られるが、いくつかのシグナル配列は個々の遺伝子に固有のものである。 DNAは、DNAのアルファベットを表すヌクレオチドと呼ばれる塩基で構成されています。 アデニン（A）、グアニン（G）、チミン（T）、シトシン（C）の四つの塩基がある。 これらの配列はイントロンの”左”（5’）と”右”（3’）の境界を定義し、GT-AG規則に準拠していると記載されています。 これら四つの位置のいずれかの変異は、通常のスプライシング機構では除去できないイントロンを産生する。 この領域（分岐部位と呼ばれる）は、それが切断され、ラリアット形状を形成するために周りにカールするようにイントロンの5’末端に接続する領域である。 このラリアットは、成熟したRNAから除去されるときに形成されるイントロン内のループである。
その他のスプライシングイベント
スプライシングにはmRNA以外の分子も含まれる可能性があります。 合成されるタンパク質に沿ってアミノ酸を整列させる重要な役割を果たすtrnaは、スプライシングを受けることができる。 tRNAはDNAだけでコードされています
主要用語
抗体—抗原（異物または粒子）の存在に応答して免疫系によって作成された分子。 これは、他の免疫細胞による破壊のために体内の外来微生物をマークします。
抗原—身体が異物として識別し、それに向かって免疫応答を指示する分子、通常はタンパク質。
キャッピング—成熟したmRNA転写物の5’末端への修飾。
細胞質—核の外側に位置する生きた細胞内のすべての原形質であり、核内の原形質である核原形質とは区別される。
デオキシリボ核酸（DNA）—細胞内の遺伝物質。
エクソン—タンパク質をコードする、またはtRNAまたはmRNAを形成するDNAの領域。
Gene—染色体上に位置するDNAの一部によって表される個別の遺伝単位。 この遺伝子は、特定の種類のタンパク質またはRNA分子の産生のためのコードであり、したがって特定の遺伝的特性のためのコードである。
ゲノム—生物が持っている遺伝子の完全なセット。
イントロン—RNA処理中にスプライスアウトされる遺伝子内の非コード配列。
ミトコンドリア—核とは別の細胞内オルガネラであり、それ自身のゲノムを持ち、様々な組織のエネルギーを産生するために重要です。
ポリアデニル化—成熟したmRNA転写物の3’末端への修飾。
組換えDNA—遺伝子またはDNA配列を挿入できるように特定の酵素を使用して切断されたDNA。
Splicesome—配列からイントロンを除去することによってRNAを処理する細胞内機械。
他のすべてのRNA分子と同様です。 しかし、trnaは、コードされたヌクレオチド配列から実際のタンパク質ビルディングブロック（アミノ酸）を照合してタンパク質またはポリペプチドを構築する責任があるという点で、他のRNA分子とは異なるユニークな構造および機能を有する。 これらの特殊なRnaはユニークな立体配座を持っているので、イントロン除去後にエクソンに結合する酵素は、他のRNA分子のイントロンに結合する酵素とは異な イントロンは除去され、エクソンは結合されるが、酵素分子はmRNA処理に使用されるものと同じではない。 TRNA処理におけるイントロン除去は、他のRNAイントロンと比較して内部イントロン配列に依存しない。
組換えDNA技術
遺伝子スプライシングがどのように起こるかを記述するメカニズムの理解の進歩は、科学者がヌクレオチド配列を切断してアニールする能力をもたらし、組換えDNA技術とも呼ばれる。 スプライスは文字通り別々の端の結合を意味するので、遺伝子スプライシングは、新しい遺伝子産物を作成するか、新しい遺伝子配列を導入するために、ほ したがって、ちょうど約任意の遺伝的配列は、別の配列にスプライシングすることができます。
制限酵素と呼ばれる特定の酵素は、実験室でスプライス、接続（または連結）、およびヌクレオチドを配列に除去または追加するために使用されます。 制限酵素は、組換えＤＮＡ技術において、他の配列からおよび他の配列に遺伝子配列を除去および挿入するために使用される。 この技術はある人間工学および製薬会社が医学および研究の為にたくさんの必要な蛋白質を製造することを可能にしました。 例えば、ヒトインスリンタンパク質は、例えば、タンパク質を大量に産生するために、細菌のゲノムにインスリン遺伝子を挿入することによって、大量の供給で作製することができる。 コピー機のように、このような配列は、自分で十分なインスリンを作ることができない糖尿病患者のためのインスリンの多くを生成することができ これらの患者はそれから彼らの病気を扱うために浄化されたインシュリンを自己注入できます。
遺伝子スプライシングの応用
遺伝子スプライシング技術を用いて、ワクチンが製造されている。 ウイルスからのDNAは、細菌株の無害な株のゲノムにスプライシングすることができます。 細菌がウイルス蛋白質を作り出したときに、この蛋白質は収穫することができます。 細菌は迅速かつ容易に増殖するので、このタンパク質を大量に抽出し、精製し、ワクチンとして使用することができる。 それは免疫応答を引き出す注入によって個人に導入されます。 人が自然暴露によってウイルスに感染した場合、最初の接種のために迅速な免疫応答を開始することができる。 遺伝子のspicing技術の別の適用はビタミンBの生産にかかわる遺伝子と関連しています。 この遺伝子は、ニンジンのゲノムから除去され、イネのゲノムにスプライシングされています。 これは主要な食糧源として米に頼り、ビタミンで豊富な食糧源へのアクセスがない第三世界の国の多くの健康関連の利点を、特に持つことができる。
遺伝子スプライシング技術により、研究者は生物ゲノムの既存の遺伝物質に新しい遺伝子を挿入することができ、耐病性からビタミンまでの形質全体を、ある生物からコピーして別の生物に移すことができるようになる。
リソース
書籍
ホール、スティーブンとジェームズ*ワトソン。 目に見えないフロンティア：人間の遺伝子を合成するためのレース。 オックスフォード大学出版局、2002年。
ケラー、エヴリン-フォックス。 遺伝子の世紀。 ボストン：ハーバード大学出版社、2002年。
ランブレヒト、ビル。 新しい遺伝子カフェでの夕食：遺伝子工学は、私たちが食べるもの、私たちの生き方、そして食糧の世界的な政治をどのように変えているのか。 ニューヨーク：セントマーティンズプレス、2002。
ルイーズ-ディッカーソン