2008-08-08

エキソン、イントロンって何?

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今日はDNA情報をmRNAとして合成(転写)した後、核の外に出て行く手前で起こっていることを調べてみました。
前回の7月27日のなんでや劇場でも勉強したように、mRNAは、核の外に出てリボゾーム(rRNA)とtRNAと一緒にタンパク質をつくります。
まずDNAから塩基配列を合成したばかりのmRNAには、タンパク質の作り方が書かれている部分と、役割がはっきりしない部分が含まれています。タンパク質の作り方が書かれている部分をエキソン、役割がはっきりしない部分をイントロンと呼んでいます
では、人は30億の塩基配列を持っていますが、その中でこのタンパク質の作り方が書かれている部分(エキソン)は、何%あるでしょうか?
これは、結構驚きですよ :roll:
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●DNA内でエキソンは何%?
ここは書物等を見ると違う数値が出てきたりしますのでまとめておきましょう。
まず、DNAの中には、1:タンパク質をつくる情報と、2:タンパク質をつくるタイミングを指定する情報、3:役割がはっきりしない領域があります。研究者によっては、ここの分類が違います。
例えば、1(タンパク質をつくる情報)+2(タンパク質をつくるタイミングを指定する情報)を遺伝子領域とした場合、合計で40%です。残りの60%が3(役割がはっきりしない領域)となります。この60%の部分がイントロンです。スペーサー領域とも呼んでいるようです。(ややこしいですね・・・)
最近の研究では、この領域も生命活動に必要な役割を持っているはずだ!っと研究も進んでいます。
ではここで、上記の2の領域をイントロンに含めた場合、60%が95%に跳ね上がります。よって、実際にタンパク質をつくるための情報(エキソン領域)は、全塩基のたった5%しかないんですね(2~3%と言う書物もあります)。この5%で私達の体はつくられています。
ほんとにたった5%でつくってる?と言う疑問もわきますよね?一端置いておいて読み進んでください。
●スプライシングって何?選択的スプライシングは何のためにある?
タンパク質を作るエキソン部分は、DNAのいろいろな所にバラバラに点在しています。mRNAは、DNAから一定の範囲の塩基配列を合成します。その中にはエキソン部分もイントロン部分も含まれます。
エキソン+イントロン+エキソン+イントロン+エキソン・・・という具合に並んでいます。
この状態からイントロン部分を取り除くのがスプライシングと呼ばれる過程です。

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実はこのスプライシング過程で、どの範囲までのイントロンやイントロン+エキソンを取り除くかで、エキソン同士の並びも変わり出来上がるタンパク質も変わります。例えば簡単に示すと、
エキソン1+イントロン1+エキソン2+イントロン2+エキソン3と合成された初期mRNAがスプライシングにより
・エキソン1+エキソン2+エキソン3
・エキソン1+エキソン3
・エキソン2+エキソン3
このように数種類のタンパク質を作るmRNAになることが出来ます。これを選択的スプライシングと呼びます。この選択的スプライシングを使っている代表例が、なんでや劇場の免疫シリーズで勉強したB細胞の抗体です。抗体は、入ってきたウイルスや細菌に個別に対応した抗体を作ります。この多くの種類の抗体を作るタンパク質合成に選択的スプライシングが使われています。
●イントロンの役割って何?
では最後に、役割がはっきりしないと言われるイントロンについてまとめておきます。
DNAの中で95%をしめるイントロン部があることで、結果的にどのような利点があるのでしょうか。
○遺伝子組み換え時にアミノ酸配列情報が壊される確率が下がる。
イントロン部分で遺伝子組み換えが起こると、もとのアミノ酸配列は破壊されない。よってタンパク質合成の変化を守る確率が上がる。
○多くのタンパク質合成を可能としている。
一つは、上記にもあるようにイントロンをどこで切るかにより、選択的スプライシングが可能であり、エキソンの組み合わせにより多くのタンパク質の合成が可能となります。
○トランスポゾンやウイルスの侵入からDNAを守る。
タンパク質合成に直接関係しないイントロンが多くあることにより、DNA内で動く遺伝子と呼ばれるレトロトランスポゾンや外部から侵入するウイルスによるタンパク質合成情報の破壊確率が低下する。
●今後の課題
イントロンを持つのは、真核生物になってからです。原核生物にはイントロンはありません(下図参照)。よってスプライシングもありません。
なぜ真核生物になってイントロン領域が出来上がったのでしょうか。
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上記図は、独立行政法人理化学研究所福岡大学理学研究科からお借りしました。
参考文献:理系総合のための生命科学:分子・細胞・個体から知る”生命”のしくみ
       編・・東京大学生命科学教科書編集委員会
      :Newton DNA 生命を支配する分子 

List    投稿者 yooten | 2008-08-08 | Posted in 未分類 | 5 Comments » 

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コメント5件

 キク | 2008.09.17 3:00

ヌクレオチドって、美味しいんですか???
思いもよらず、かなりびっくりです~~!!!(+_+)
あ、でもアミノ酸と組み合わさって、美味しくなるということでしょうか。
それにしても、私の細胞ひとつひとつも、ダシがでるんですかねー。
ちょっと不思議な気分です。

 MASAMUNE | 2008.09.18 0:42

>キクさん
旨味成分みたいですよ。ヌクレオチドは健康食品にも入ってるようですし、赤ちゃん用のミルクにも入ってるようです。
それはおいといて、常に細胞分裂をしている生物にとってヌクレオチドは絶対に必要なものです。だからおいしく感じさせて、積極的に摂取するようになってるんでしょうね。
本能でヌクレオチドを欲しているってことです。

 キク | 2008.09.19 19:43

赤ちゃん用のミルクにも入ってるんですかーー?!
ほんとに、体に必要なんだって感じがしますね。
ちなみに、ヌクレオチドの合成って、再利用(salvage 合成)の方が少ないのって、何か理由があるんですか?
栄養豊富じゃないと細胞分裂はしないっていうイメージがあるので、新しい材料から合成するde novo 合成の割合が高いのには納得ですが。

 zen | 2008.09.20 20:52

de novo合成回路とsalvage 合成回路、進化史的に古いのはどちらでしょうか?

 MASAMUNE | 2008.09.20 23:10

>キクさん
そうですよ。ヌクレオチドは必要なんです。
ちなみに記事の内容が間違っていまして、基本的に再利用(salvage 合成)の方が多いようです。
理由は、新しい材料から合成するde novo 合成だと、合成するのに大量のエネルギーを消費してしまうからです。
ですから、基本的にsalvage 合成をして、大量のヌクレオチドが必要な細胞分裂のときにはde novo 合成がメインになるようです。
de novo 合成は大量にエネルギーを消費する分、大量のヌクレオチドをつくることができるので。
誤解を招いてしまい申し訳ありませんでした。

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