U4 snRNA(U4 small nuclear RNA)は、メジャースプライソソーム(U2依存的スプライソソーム)のノンコーディングRNA構成要素である。スプライソソームは、真核生物mRNA前駆体スプライシングに関与する分子機械である。U4 snRNAはU6 snRNA二重らせんを形成し、スプライシングのラウンドごとにATP依存的にU6 snRNA(そしてスプライソソーム)から除去される。U4 snRNAが除去されたU6 snRNAは再フォールディングし、スプライシングの触媒のための活性部位を形成する。U4のU6からの解離はBrr2英語版によって行われ、U6との再アニーリングはPrp24英語版によって行われる。U4の5'ステムループと結合タンパク質の複合体の結晶構造が解かれている[1]

U4 snRNA
RF00015.jpg
識別
略称 U4
Rfam RF00015
その他のデータ
リボ核酸の種類 遺伝子; snRNA; RNAスプライシング
ドメイン 真核生物
GO 0017070 0000353 0000351 0005687 0046540
SO 0000393
PDB構造 PDBe
U4 snRNA断片に結合したスプライソソーム15.5 kDタンパク質の結晶構造[1]

生物学的役割編集

U4 snRNAは、タンパク質に結合したsnRNPとして[2]、U6 snRNAとともにdi-snRNPとして[3]、U6 snRNA、U5 snRNAともにtri-snRNPとして[4][5]など、多数の異なる形態で存在することが示されている。こうしたさまざまな形態は、penta-snRNPの活性におけるさまざまな一時的イベントに対応するものである[6]、またはスプライソソームの組み立てと活性の段階的モデルにおける中間体である[7]、といったことが提唱されている。

U4 snRNA(と酵母におけるアナログであると考えらえるsnR14[8])は、スプライシング反応の特異的触媒活性に直接関与することは示されておらず[9]、U6 snRNAの調節因子として作用することが提唱されている。U4 snRNAは、2つの高度に保存されたステム領域でU6 snRNAと相補的塩基対を形成することにより、組み立て時にスプライソソームの活性を阻害する[10]。この塩基対形成は、U6 snRNAがU2 snRNAとともに触媒活性に必要なコンフォメーションへと組み立てられるのを防ぐことが示唆されている[11]。U4 snRNAが分解されてスプライソソームから除去された場合、スプライシングは効果的に停止される[12]。U4 snRNAとU6 snRNAはin vitroでのスプライシング反応に必要であることが示されている[13]

構造編集

 
U4単体の推定二次構造
 
対合したU4/U6の推定二次構造

U4 snRNAの二次構造は、U6 snRNAとの相互作用に依存して変化することが示唆されている[7]X線結晶構造解析[1][14]NMR[15]、化学修飾によるRNA構造のプロービング英語版[16]によるいくつかの研究からは、U4 snRNAの二次構造にはいくつかの保存されたモチーフが存在し[17]、構造的な役割とともに他のスプライシング要素との相互作用を確立する際の相互作用を仲介する役割も果たしていることが示されている。U4とU6が塩基対を形成した際の推定二次構造は多様な種間で保存されており、スプライシング装置の起源の古さが示唆される[18]。高度に保存されたKループ(kinked loop)は特異的なタンパク質相互作用に関与することが示されている[1][19]

相互作用編集

スプライソソームが活性状態となる前に、U4 snRNAはBrr2が関与するATP依存的過程によってU6 snRNAから除去されなければならない[9][20][21]。U4とU6の結合と解離のサイクルにはBrr2とPrp24の双方が関与していることが提唱されており、Prp24はU4をU6へ選択的に再アニーリングさせる[21][22][23][24]。U4 snRNAの3'末端近傍に位置する保存領域の周囲に結合するSmタンパク質英語版のリングは、さまざまなsnRNPとの相互作用を促進するとともに、RNaseによる分解からU4 snRNAを保護している可能性が推定されている[25][26]。スプライソソーム経路には100以上のタンパク質が関与することが同定されており、さまざまなサイズのいくつかのタンパク質がU4 snRNPと相互作用することが知られている[27]

出典編集

  1. ^ a b c d “Crystal structure of the spliceosomal 15.5kD protein bound to a U4 snRNA fragment”. Mol. Cell 6 (6): 1331–42. (December 2000). doi:10.1016/S1097-2765(00)00131-3. PMID 11163207. 
  2. ^ “RNA unwinding in U4/U6 snRNPs requires ATP hydrolysis and the DEIH-box splicing factor Brr2”. Curr. Biol. 8 (15): 847–55. (July 1998). doi:10.1016/S0960-9822(07)00345-4. PMID 9705931. 
  3. ^ “Evidence for the existence of snRNAs U4 and U6 in a single ribonucleoprotein complex and for their association by intermolecular base pairing”. EMBO J. 3 (6): 1357–63. (June 1984). doi:10.1002/j.1460-2075.1984.tb01977.x. PMC 557523. PMID 6204860. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC557523/. 
  4. ^ “U5 small nuclear ribonucleoprotein: RNA structure analysis and ATP-dependent interaction with U4/U6”. Mol. Cell. Biol. 9 (8): 3350–9. (August 1989). doi:10.1128/MCB.9.8.3350. PMC 362380. PMID 2552294. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC362380/. 
  5. ^ “Biochemical and genetic analyses of the U5, U6, and U4/U6 x U5 small nuclear ribonucleoproteins from Saccharomyces cerevisiae”. RNA 7 (11): 1543–53. (November 2001). PMC 1370197. PMID 11720284. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1370197/. 
  6. ^ “Composition and functional characterization of the yeast spliceosomal penta-snRNP”. Mol. Cell 9 (1): 31–44. (January 2002). doi:10.1016/S1097-2765(02)00436-7. PMID 11804584. 
  7. ^ a b “Spliceosome assembly in yeast”. Genes Dev. 1 (9): 1014–27. (November 1987). doi:10.1101/gad.1.9.1014. PMID 2962902. 
  8. ^ “An essential snRNA from S. cerevisiae has properties predicted for U4, including interaction with a U6-like snRNA”. Cell 50 (4): 585–92. (August 1987). doi:10.1016/0092-8674(87)90031-6. PMID 2440583. 
  9. ^ a b “U4 small nuclear RNA dissociates from a yeast spliceosome and does not participate in the subsequent splicing reaction”. Mol. Cell. Biol. 11 (11): 5571–7. (November 1991). doi:10.1128/MCB.11.11.5571. PMC 361927. PMID 1833635. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC361927/. 
  10. ^ “Spliceosomal snRNAs”. Annu. Rev. Genet. 22: 387–419. (1988). doi:10.1146/annurev.ge.22.120188.002131. PMID 2977088. 
  11. ^ “A novel base-pairing interaction between U2 and U6 snRNAs suggests a mechanism for the catalytic activation of the spliceosome”. Cell 71 (5): 803–17. (November 1992). doi:10.1016/0092-8674(92)90556-R. PMID 1423631. 
  12. ^ “U1, U2, and U4/U6 small nuclear ribonucleoproteins are required for in vitro splicing but not polyadenylation”. Cell 46 (5): 691–6. (August 1986). doi:10.1016/0092-8674(86)90344-2. PMID 2427201. 
  13. ^ “Pre-mRNA splicing in vitro requires intact U4/U6 small nuclear ribonucleoprotein”. Cell 46 (5): 697–704. (August 1986). doi:10.1016/0092-8674(86)90345-4. PMID 2427202. 
  14. ^ “Structure and assembly of the spliceosomal small nuclear ribonucleoprotein particles”. Curr. Opin. Struct. Biol. 9 (2): 222–30. (April 1999). doi:10.1016/S0959-440X(99)80032-3. PMID 10322216. 
  15. ^ “NMR structure of the 3' stem-loop from human U4 snRNA”. Nucleic Acids Res. 30 (20): 4371–9. (October 2002). doi:10.1093/nar/gkf560. PMC 137124. PMID 12384583. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC137124/. 
  16. ^ “Direct probing of RNA structure and RNA-protein interactions in purified HeLa cell's and yeast spliceosomal U4/U6.U5 tri-snRNP particles”. J. Mol. Biol. 317 (5): 631–49. (April 2002). doi:10.1006/jmbi.2002.5451. PMID 11955014. 
  17. ^ “The trans-spliceosomal U4 RNA from the monogenetic trypanosomatid Leptomonas collosoma. Cloning and identification of a transcribed trna-like element that controls its expression”. J. Biol. Chem. 275 (4): 2259–64. (January 2000). doi:10.1074/jbc.275.4.2259. PMID 10644672. 
  18. ^ “A simple principle to explain the evolution of pre-mRNA splicing”. Genes Dev. 20 (13): 1679–84. (July 2006). doi:10.1101/gad.1449106. PMID 16818600. 
  19. ^ “Prp8p dissection reveals domain structure and protein interaction sites”. RNA 12 (2): 198–205. (February 2006). doi:10.1261/rna.2281306. PMC 1370899. PMID 16373487. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1370899/. 
  20. ^ “Antisense probing of the human U4/U6 snRNP with biotinylated 2'-OMe RNA oligonucleotides”. Cell 59 (3): 531–9. (November 1989). doi:10.1016/0092-8674(89)90036-6. PMID 2478298. 
  21. ^ a b “A spliceosomal recycling factor that reanneals U4 and U6 small nuclear ribonucleoprotein particles”. Science 279 (5352): 857–60. (February 1998). doi:10.1126/science.279.5352.857. PMID 9452384. 
  22. ^ “A stem/loop in U6 RNA defines a conformational switch required for pre-mRNA splicing”. Genes Dev. 8 (2): 221–33. (January 1994). doi:10.1101/gad.8.2.221. PMID 8299941. 
  23. ^ “Evidence for a Prp24 binding site in U6 snRNA and in a putative intermediate in the annealing of U6 and U4 snRNAs”. EMBO J. 14 (4): 820–32. (February 1995). doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb07060.x. PMC 398149. PMID 7882985. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC398149/. 
  24. ^ “Specificity of Prp24 binding to RNA: a role for Prp24 in the dynamic interaction of U4 and U6 snRNAs”. RNA 1 (2): 132–45. (April 1995). PMC 1369067. PMID 7585243. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1369067/. 
  25. ^ “Sm protein-Sm site RNA interactions within the inner ring of the spliceosomal snRNP core structure”. EMBO J. 20 (1–2): 187–96. (January 2001). doi:10.1093/emboj/20.1.187. PMC 140196. PMID 11226169. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC140196/. 
  26. ^ “Arrangement of RNA and proteins in the spliceosomal U1 small nuclear ribonucleoprotein particle”. Nature 409 (6819): 539–42. (January 2001). doi:10.1038/35054102. PMID 11206553. 
  27. ^ “Hierarchical, clustered protein interactions with U4/U6 snRNA: a biochemical role for U4/U6 proteins”. EMBO J. 21 (20): 5527–38. (October 2002). doi:10.1093/emboj/cdf544. PMC 129076. PMID 12374753. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC129076/. 

関連文献編集

外部リンク編集