mRNA、rRNA、および tRNA は、タンパク質の作成に関与しています。マイクロ RNA などの他の非コード RNA は、遺伝子発現を制御するエピジェネティクスに関連しています。
1868 年、フリードリッヒ ミーシャーは、細胞内でこれまで知られていた分子とは異なる分子である核酸を発見しました。それ以来、細胞内の核酸 (DNA と RNA) は、生命の分子の中で注目されるようになりました。 DNA の構造を解明する競争は科学的発見の年代記で有名であり、その秘密を解読することで多くの科学者がノーベル賞を受賞しています。
しかし、もう 1 つの核酸である RNA は、同様に興味深く、研究が困難な分子であることを示しています。細胞内でのその役割は、DNA の場合ほど単純ではないため、科学者に刺激的な調査手段を提供します。では、この分子は細胞内で正確に何をしているのでしょうか?
RNAとは?
構造的に、RNA は DNA の一本鎖のいとこです。 DNA と同様に、それらは 4 つの塩基、アデニン (A)、ウラシル (DNA チミンの代わりに)、シトシン (C)、およびグアニン (G) で構成されています。 RNA の糖分子には酸素分子がありますが、DNA 分子にはありません。したがって、名前—デオキシ リボ核酸とリボ核酸。
分子として、RNA は DNA の剛直な二重らせんよりも柔軟です。 tRNA の有名なヘアピン ループのように、らせん状になったり、さまざまな形状に折り畳まれたりします。
これは RNA の構造 (の 1 つ) です。これは、DNA と同様に、4 つの窒素塩基で構成されています。 (写真提供:ShadeDesign/Shutterstock)
機能的には、RNA の最もよく知られている機能はタンパク質合成に関連しています。
DNAが表す指示は、タンパク質を作るためのものです。タンパク質は生命の構成要素であり、炭水化物や脂質構造などの他の構成要素を作るのに役立ちます.
DNA は、生命に関するすべての情報を含む古代の書物と考えてください。このような貴重な文書は、何としてでも保存しなければならないので、不用意にページをめくってはなりません。 RNA は、古代の DNA の本のページのコピーのようなものです。オリジナルは無傷であるため、セルはコピーへの損傷を心配する必要はありません。
RNA の種類
メッセンジャー RNA – mRNA
タンパク質の作成に関与する最初の重要な RNA タイプは、メッセンジャー RNA または mRNA です。 mRNA は、タンパク質を作る設計図を保持する DNA の小さなコピーです。 mRNAは、転写と呼ばれるプロセスを通じて合成されます。 DNA とタンパク質を作る機械との間のメッセンジャーであるリボソームです。
mRNA 転写物 DNAが存在する核で作られ、リボソームが存在する細胞質に移動します。 mRNAを読んでタンパク質を作る過程を翻訳と呼びます。これは、タンパク質合成の 2 番目のステップです。ここで、細胞質には、細胞の次の 2 つの主要な RNA、リボソーム RNA と tRNA があります。
リボソーム RNA – rRNA
rRNA は、名前が示すように、リボソームの一部です。リボソームは、小さいサブユニットと大きいサブユニットの 2 つの部分で構成され、それぞれに独自の RNA があります。リボソームタンパク質は、rRNA とともに、mRNA が正しい方向に読み取られ、リボソームに適切に配置されるようにします。 rRNA は、最終的なタンパク質を作るためのアミノ酸の付加も触媒します。
タンパク質合成に関与するビッグ 3 の RNA – メッセンジャー RNA、トランスファー RNA、およびリボソーム RNA。この図では、rRNA は、リボソームのさまざまなタンパク質に関連付けられている、rRNA が配置されているリボソームです。 (写真提供:TATLE/Shutterstock)
トランスファー RNA – tRNA
tRNA は mRNA の情報を理解します。タンパク質はアミノ酸でできており、そのうち 20 種類の一般的なアミノ酸があります。これらの20個のアミノ酸は、すべて長いひも状に結合されて折り畳まれています. mRNAは、どのアミノ酸がいつどこに来るかを特定します。 tRNA は、mRNA の転写に従って正しいアミノ酸をリボソームに運びます。各アミノ酸には複数の tRNA があり、20 アミノ酸に対して合計 61 の tRNA があります。 mRNAには、どのアミノ酸がどこに行くかに関する情報があります。適切な tRNA がその情報を読み取り、正しいアミノ酸を追加します。
タンパク質合成のプロセスの詳細については、こちらをお読みください。
RNA はどのように作られるのですか?
これは RNA の一般的な 3 つの形態の機能ですが、過去 20 年間で、科学者はタンパク質合成に直接関与しないさまざまな RNA のパンドラの箱を発見しました。これらの RNA は、広く「非コード RNA」（ncRNA）と呼ばれています。
これらの small RNA (sRNA) は 18 ～ 30 ヌクレオチドで構成され、microRNA (miRNA)、small interfering RNA (siRNA)、piwi-interacting RNA (piRNA) などのさまざまなサブタイプで構成されています。ヘアピン RNA や環状 RNA などの異常な形状の RNA があります。核、核小体、細胞質、さらには細胞外の RNA があります。トランスポゾンやウイルス由来のRNAがあり、最後にタンパク質合成に関わる3大RNAがあります。問題は…なぜ他の多くの RNA 型があり、それらは細胞内で何をしているのか?
翻訳のプロセス:リボソームが mRNA 転写物を使用してタンパク質を作ります。 (写真提供:TATLE/Shutterstock)
RNA は細胞内で何をしているのですか?
遺伝子調節
細胞は特定のタンパク質を必要とする場合にのみタンパク質をコードする遺伝子を発現するため、すべての遺伝子が常に細胞内で発現するとは限りません。いつ、どのように、どの程度の遺伝子が発現するかを制御することを、遺伝子調節と呼びます。
このプロセスは、RNA コピーに「メモを作成する」ことと想像してください。実際の本自体ではないため、細胞は RNA コピーを好きなように変更できます。注釈を付けたり、特定の部分に取り消し線を引いたり、そこから詩を作成したり、単に章の指示を実行したりすることができます.また、コピーの上に「このタンパク質を作らないでください」と書いたり、雨の日に備えてコピーを保管したりすることもできます。
RNA 構造。 (写真提供:Dariati Dariati/Shutterstock)
これが遺伝子調節の本質です。マイクロ RNA (miRNA) と低分子干渉 RNA (siRNA) は、発現する必要のない遺伝子の mRNA 転写物を標的とすることで遺伝子をサイレンシングする一方で、ncRNA は遺伝子を制御する役割を果たしているようです。その後、標的とされた mRNA 転写産物は破壊されます。この運命は、遺伝子の約 60% を待ち受けている可能性があります。
ncRNA は、PIWI 相互作用 RNA (piRNA) や小型核 RNA (snRNA) と同様に、エピジェネティックなメカニズムを通じて作用します。エピジェネティックとは文字通り、DNA に「オン」または「追加」を意味します。それらは、文字の配列を変えることなく、外部から DNA にわずかな変更を加えることによって、細胞が DNA の情報を調節するのを助けるメカニズムです。これには、化学タグまたはメチル基を DNA に追加し、DNA をより緩くまたはより強くコイル状にすることが含まれます。
これらのメカニズムは、幹細胞から皮膚細胞や肝細胞になるなど、細胞が分化する際に意味を持ちます。 snRNA は自然免疫において重要な役割を果たしており、他の多くの RNA タイプが薬物の潜在的な標的となる可能性があります。
ncRNA の一種である microRNA が細胞内でどのように機能するかについての詳細な考察。 (写真提供:ウィキメディア・コモンズ)
すべての RNA は有用ですか?
しかし、光っているのは金だけではありません。 ncRNA は、遺伝学およびエピジェネティクス研究の一般的な分野ですが、頭上に迫っている本質的な問題があります。すべての ncRNA は機能しているのでしょうか?上記の ncRNA について、科学者は、それらが細胞の重要な要素であると確信を持って言うのに十分なほどうまく機能する方法を説明しました.
まだ発見されていない多くの新しい ncRNA については、その機能はもう少し疑わしいようです。多くの科学者は、存在のために機能を仮定することがパングロシアンであるかどうかを疑問視しています.これらの RNA の一部は、別のプロセスの副産物として存在する可能性があります!
これは生物学にとってエキサイティングな分野です。エピジェネティクスと RNA の世界は、病気の新しい治療法を提供し、多くの病気がどのように機能するかをよりよく明らかにする可能性を秘めています。ゲノムの機能とメカニズムについてさらに理解を深めるにつれて、なぜ細胞がこれほど多くの RNA 型を持っているのか、そしてそれぞれの種類が細胞内で何を担っているのかについての理解が深まるでしょう!
