ケムステ記事ピックアップ — 核酸塩基は４つだけではない

メチル化シトシンを認識するDNAメチル化酵素が存在し、DNAの一方の鎖でシトシンがメチル化されていると、反対側のシトシンもメチル化されるため、塩基の修飾は細胞の系譜ごと代々にわたって受け継がれます。親のストレスが子に遺伝する、といった現象も、このような仕組みで、エピジェネティックに起きています。

また、このようなCpGアイランドのメチル化は細菌では見られないことを利用し、わたしたち哺乳類は、驚くべきことにDNAで自己と他者を区別できます。ノーベル賞でおなじみToll様受容体(Toll like receptor)のひとつTLR9タンパク質が、メチル化されていないCpG核酸断片を認識し、免疫機能をオンにするのです¹⁾。このDNA、細菌由来だな、と。

伝令RNAはというと、まずあげておくべきは5プライム末端のキャップ構造でしょうか。ここで活躍する核酸塩基は7位窒素原子に対するメチル化グアニンです。RNAの一端にこの特殊構造があるおかげで、RNAは細胞内で分解をまぬがれ、翻訳の開始に必要な因子が認識しリボソームによるペプチド合成が可能になります。トリリン酸結合を介して、さかさまにひっくりかえってメチル化グアニンがくっついている点もユニークです。

もうひとつはイノシンです。DNAの遺伝情報が伝令RNAに転写され、伝令RNAの塩基配列がタンパク質のアミノ酸配列に翻訳される2つのステップの間には、RNAの成熟にともないいくつかの加工が施されます。そのひとつがRNA編集と呼ばれる書き換え現象です。酵素反応で脱アミノ化し一部のアデニンがイノシンへと変換されます。コドンとアンチコドンの対応では、イノシンがグアニンとしても読まれるため、翻訳でできあがったタンパク質のアミノ酸配列はしばしば別のものになります。例えば、神経疾患のカギを握るイオンチャネルの中にはRNA編集の必要なものがあり、患者ではRNA編集が鈍くなっていたなど、多様な生命現象にRNA編集は関与しています。

近年³⁾になってシュードウラシルまでも伝令RNAに見つかりました。ウラシルの骨格が反転してしまった変わりものです。翻訳の進行を助けているようですが、こちらも事態はさらに深みを増しています。

変わりモノ核酸塩基の玉手箱と言えば、運搬RNAでしょう。今までに知られた特別な修飾塩基の数は、実に100を超えています。とくに、伝令RNAの3つ組コドンを認識する運搬RNAの3つ組アンチコドンの1番目か3番目で、多様な修飾塩基が見られ、運搬RNAに対応するアミノ酸ごと、細菌の場合、古細菌の場合、ヒトを含めた真核生物の場合、ミトコンドリアのような細胞小器官の場合、それぞれでわずかな違いが散見されます。素直な修飾されていないそのままのアンチコドンも少なくないのですが、このように例外は多数あるようです。本当に生き物がこんな変わりものを作っているのか疑いたくもなりますが、生合成酵素が単離され、結晶構造解析が済み、反応機構の提案まで研究は進みつつあります。

特別な機能を持たせた人工の核酸もたくさん開発されています⁴⁾。例えば、光を当てたり、特別な試薬を加えたりするだけで、遺伝子の発現が制御できると、新たにたくさんの可能性が拓けそうですよね。