ノンコーディングDNA配列の種類

• By Liji Thomas, MDReviewed by Jennifer Logan, MD, MPH

  すべての生物の遺伝子の設計図は核酸の形で、最も一般的にはデオキシリボ核酸（DNA）となっています。 この化学物質は、その構造内に、生物の体を構築するだけでなく、あらゆる生命プロセスを操作するために必要な何千ものタンパク質やその他の構造的および機能的要素をすべて符号化する能力を有しています。

  
  しかし、タンパク質の実際の生産を担うこれらのコーディング領域または遺伝子は、生物の DNA の約 1.5% を占めるにすぎません。 残りは、ジャンク DNA と呼ばれることもある非コード化 DNA で構成されています。

  しかし、ジャンク DNA には、コード化配列をオンまたはオフにして遺伝子発現を調節するなど、他にも多くの重要な機能があることが現在わかっています。 他の部分は、解読されている遺伝子のレベルを制御または調節しています。 このように、ジャンク DNA と呼ぶにはほど遠い、機能する DNA と呼ぶのがふさわしいが、その機能の多くはまだ発見されていない。

  • ノンコーディングRNA遺伝子
  • 偽遺伝子
  • トランスポゾン
  • Satellite DNA and Telomeres
  • Further Reading
  • Dr.Dr. Liji Thomas
  • 引用

  ノンコーディングRNA遺伝子

  ノンコーディングDNAの一部は、RNAという化学的に関連した種に転写され、あるいは形成され、これが細胞への遺伝子設計図の真のメッセンジャーとなる。 これらの分子には、トランスファーRNA、リボソームRNA、メッセンジャーRNAなどがあり、いずれも細胞内でタンパク質の生成、つまりDNAを最終的なタンパク質産物に変換することに関与しています。 これらの分子自体は、DNA内のタンパク質をコードする遺伝子配列とは異なり、タンパク質ではなく、直接タンパク質を生み出すことはない。 しかし、これらのRNA分子をコードするDNA配列は明らかにジャンクではない。

  他の例としては、Piwi-interacting RNAやマイクロRNAがある。 マイクロRNAは、哺乳類の全タンパク質コード遺伝子のほぼ3分の1の翻訳活性を調節していると考えられている。 がんや心臓病などの病気の進行や、体内に侵入した感染症に対する免疫反応に重要な役割を果たしている可能性があるため、研究が進められている。

  特殊なRNAのもう一つのクラスは、クロマチンリモデリング中、転写、転写後調節、およびsiRNAの源としてなど、遺伝子調節において複数の役割を持つロングノンコードRNAである。 これらはイントロン内、あるいは遺伝子の5’あるいは3’末端の非翻訳領域内に存在する。

  イントロンは、遺伝子配列そのものに組み込まれた非コード化DNAの一区間である。 したがって、イントロンは定義上非コードDNAであり、予備的なメッセンジャーRNA分子に転写されるが、その後除去されて成熟型となる。 イントロンは、tRNAやrRNA、およびタンパク質をコードするセグメント（コドン）の活性を制御する役割を担っていると考えられる。 しかし、ほとんどのイントロンは機能的ではない。

  すべての遺伝子にはプロモーター配列と呼ばれる制御部位があり、これは非コードDNAセグメントで、転写の過程に関与するタンパク質と結合している。 このようなプロモーター配列は最終的なタンパク質のどの部分も生み出さないが、特定の遺伝子の転写を促進し、通常はコーディング領域の上流に見られる。 転写を活性化するタンパク質は、これらの短い配列に結合する。 一方、転写を抑制する抑制性タンパク質が結合できる抑制性配列（サイレンサー）も存在することがある。 サイレンサー配列は、制御する遺伝子から少し離れたところ、その前か後のどちらかに存在する。

  スーパーエンハンサーは、物理的または機能的な関連によって結合したエンハンサー配列のクラスターで、細胞の種類と系統を決定する転写因子など細胞のアイデンティティに不可欠な遺伝子の制御と結び付いている。

  両タイプの調節要素は、高度な調節を必要とするいくつかの遺伝子に存在することがある。

  インスレーター配列はまた、エンハンサーの作用を阻止することによって、そのセットの遺伝子数を制限したり、当該遺伝子の活動を抑制し得るDNAの構造変化を阻害することによって、いくつかの方法で働く調節タンパク質と結合する。 9561>

  偽遺伝子

  非コードDNAのもう一つのタイプは偽遺伝子で、これは既存の遺伝子に類似しているが機能しないDNA配列である。 これは、機能的な遺伝子に変異が生じ、機能的なタンパク質の形成が妨げられたり、転写が阻害されたりした結果であると考えられています。 また、レトロトランスポジションの結果として生じる可能性もある。

  いくつかのウイルス感染では、逆転写の結果として非コード化DNAが生じることもある。 このプロセスは、HIVのようなRNAを運ぶウイルスが細胞に感染したときに起こることを説明するものである。 そのRNAをDNAの形で宿主のDNAにコピーし、宿主細胞に複製と増殖に必要なさまざまな作業を行わせるのです。 9561>

  トランスポゾン

  非コード化DNAのもう一つの特殊なタイプはトランスポゾンであり、ゲノム内の位置を変えることができる移動性の遺伝要素である。 トランスポゾンは、その位置を変えることによって、突然変異を修正したり、突然変異を誘発したりすることができる。 いずれの場合も、細胞のゲノムの大きさを変化させる。 トランスポーザブル・エレメントは、非コードDNAの大部分を占めている。

  LINEs (Long Interspersed Elements)は中程度の繰り返しのある非コード領域で、おそらくウイルスに由来するものである。

  Satellite DNA and Telomeres

  テロメアは、すべての染色体の末端に存在する特殊なDNAセグメントで、ヌクレオチドの繰り返しのあるセグメントです。

  サテライトDNAとは、ある領域に集まったタンデムに繰り返されるDNA領域の総称で、DNAが複製される過程で染色体の構造を維持するために重要な役割を果たします。 この種の非コードDNAは、細胞分裂の際に染色体対のメンバーをつなぐ重要な構造であるセントロメアに存在します。 また、ヘテロクロマチンは、遺伝子の活動を制御し、染色体の構造を保持するDNAの密集した形態であり、この形態でも存在する。 VNTRsまたはVariable Number of Tandem Repeatsは反復要素ですが、サテライトDNAで見られるよりも短いです。

  要するに、異なるタイプの非コード化DNAがどのように、何をするのかについてもっと知るためには、非常に多くの研究が必要です。 (2019). ノンコーディングDNAとは何ですか？ https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna

• Alexander F. Palazzo, T. Ryan Gregory (2014). ジャンクDNAの事例. PLoS Genet 10(5): e1004351. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004351

Further Reading

• All DNA Content
• What is DNA?
• DNAの性質
• DNAの化学修飾
• DNAの生体機能

引用

.