選択的スプライシング
選択的スプライシングは、1つのDNA配列が1つのポリペプチドをコードするという概念(一遺伝子一酵素説)の例外の1つである。現在では「一遺伝子多ポリペプチド」とでもいう方が正確であるかもしれない。あるDNA配列やあるpre-mRNAからどのポリペプチドが産生されるかを決定するためには、外部の情報が必要である。調節方法は遺伝するため、変異によって遺伝子発現に影響を与える新たな方法がもたらされている。
真核生物においては、選択的スプライシングは情報をずっと効率的に保存するための非常に重要なステップであることが提唱されている。いくつかのタンパク質をそれぞれ別々の遺伝子ではなく1つの遺伝子にコードすることによって、限られたサイズのゲノムからより多様なプロテオームを作り出すことができるようになる。また、選択的スプライシングによって進化的な柔軟性がもたらされる。1か所の点変異によって、あるエクソンが時折除去されたり組み込まれたりするようになる可能性があり、これによって元のタンパク質を失うことなく新たなアイソフォームを生み出すことができる。非構成的(選択的)エクソンには天然変性領域(天然変性タンパク質を参照)が多く見られることが研究で示されており、アイソフォーム間の機能的差異はこうした領域の機能的モジュールの変化によってもたらされていることが示唆されている。
選択的スプライシング(せんたくてき-、Alternative Splicing)とは、DNAからの転写過程において特定のエクソンをとばしてスプライシングを行うことである。択一的スプライシングとも呼ばれる。
遺伝子にはアミノ酸配列に関する情報を含む核酸塩基配列(エクソン)が遺伝情報を含まない配列(イントロン)によっていくつかに分断されている。通常、DNAからmRNAへの転写が行われる際にはこれらのすべてが順に転写されていく。その後、転写生成物(mRNA前駆体)からイントロン部分の切り捨てが行われてエクソン部分が連結し成熟mRNAが出来上がるが、この不要な部分の切り捨ての過程をスプライシングと呼んでいる。
しかし、時にスプライシングを行う部位・組み合わせが変化し、複数種の成熟mRNAが生成することがある。これを選択的スプライシングと呼び、ひとつの遺伝子から多数の生成物が生じてくることになる。選択的スプライシングによってスプライスバリアントまたはスプライシングバリアント(splice/splicing variant)と呼ばれる変異タンパク質が生成される。
選択的スプライシングは真核生物における正常な現象であり、ゲノムにコードされるタンパク質の多様性を大きく増大させる。ヒトでは、複数のエクソンからなる遺伝子のうち約95%が選択的スプライシングを受ける。
選択的スプライシングのデータベースは複数存在する。これらのデータベースは、選択的スプライシングを受けるpre-mRNAを産生する遺伝子を発見する際に有用である。
3つのDNMT遺伝子はDNAにメチル基を付加する酵素をコードし、この修飾は多くの場合調節効果を有する。異常なスプライシングを受けたDNMT3BのmRNAが腫瘍やがん細胞株では見いだされる。2つの異なる研究において、これらの異常なスプライシングを受けたmRNAのうちの2種類で、哺乳類細胞での発現によってDNAメチル化のパターンの変化が引き起こされることが示された。異常なmRNAの1つを発現する細胞は対照細胞の2倍の速度で成長し、腫瘍成長への直接的な寄与が示された。
他の例としては、Ron(MST1R(英語版))がん原遺伝子が挙げられる。がん細胞の重要な性質は、正常組織へ移動し侵入する能力である。Ronの異常スプライシング産物は、乳がん細胞でのSF2/ASFのレベルの上昇と関連していることが判明している。このmRNAにコードされるRonタンパク質の異常なアイソフォームは、細胞に運動性をもたらす。
側坐核の特定のニューロン集団におけるFOSB(英語版)遺伝子の切り詰められたスプライスバリアント(ΔFosB)の過剰発現は、薬物依存や行動嗜癖の誘導と維持の原因機構として同定されている。
近年の研究では、選択的スプライシングの調節におけるクロマチン構造やヒストン修飾の重要な機能が指摘されている。これらの洞察はエピジェネティックな調節機構は、ゲノムのどの部分が発現するかだけでなく、それらがどのようにスプライシングされるかについても決定していることを示唆している。
スプライシングはトランスに作用するタンパク質(抑制因子と活性化因子)とpre-mRNA上に存在してシスに作用する調節部位(サイレンサーとエンハンサー)によって調節される。しかし、スプライシング因子の影響はしばしば位置依存的であることには留意すべきである。つまり、イントロンのエンハンサーエレメントへ結合した際にスプライシング活性化因子として働くスプライシング因子が、エクソンのスプライシングエレメントに結合した際には抑制因子として機能する場合もあり、逆もまた然りである。pre-mRNA転写産物の二次構造も、スプライシングエレメントどうしを結び付けたり、スプライシング因子の結合エレメントを覆い隠したりといった形でスプライシングを調節する役割を持つ。これらのエレメントは、さまざまな条件下でスプライシングがどのように起こるかを指示する「スプライシング・コード」を形成している。
pre-mRNA上に存在するシス作用RNAエレメントには2つの主要なタイプが存在し、それらには対応するRNA結合タンパク質が存在する。スプライシングサイレンサーはスプライシング抑制タンパク質が結合する部位であり、近接する部位がスプライスジャンクションとして利用される可能性を低下させる。これらはイントロン自身に位置していることもあり(イントロン性スプライシングサイレンサー、ISS)、隣接するエクソンに位置していることもある(エクソン性スプライシングサイレンサー、ESS)。これらの配列は多様であり、結合するタンパク質の種類もまた多様である。スプライシング抑制因子の多くは、hnRNPA1やポリピリミジントラクト結合タンパク質(PTB)などのhnRNPである。