「siRNAまたは小干渉RNAは、3’にジヌクレオチドのオーバーハングを有する22～25塩基対長のRNAの小分子で、翻訳をブロックすることによってタンパク質合成を妨害します」
細胞内の二本鎖RNAの存在はその危険性の兆候である。 私たちの遺伝物質はRNAではなくDNAであるため、二本鎖RNAは私たちの細胞内には存在しない。
注：リボソームDNAには、ある程度の量のdsRNAと、いくつかのヘアピンRNA分子も含まれています。
RNAは細胞の核の中に存在する核酸の一種である。 真核生物では遺伝物質ではないが、レトロウイルスと呼ばれるウイルスの中には、RNAを遺伝物質として持っているものがある。
レトロウイルスを除くすべての真核生物と原核生物では、DNAが遺伝物質である。
RNAはDNAのデオキシリボース糖の代わりにリボース糖からなるリボ核酸である。
RNAの詳細については、RNAの記事をご覧ください。 RNA。
まず、RNAについて簡単に説明しますと、RNAはリボ核酸のことで、tRNA、rRNA、mRNAという3種類のRNAが細胞内に存在しています。
機能的には、mRNAはDNAから転写され、翻訳という経路を経てタンパク質に変換される。
また、shRNA、miRNA、siRNAは、遺伝子発現を調節するために微量に存在する補助的なタイプのRNAの一部である。
今回は、siRNAとその意味、そして臨床応用について学びます。 この記事を読めば、siRNAに関する基礎知識がクリアになると信じています。
それでは始めましょう。
Key Topics:
機能的にはmRNAを分解してタンパク質合成を妨げる、3′末端にジヌクレオチドのオーバーハングを持つ小さな二本鎖のRNAがsiRNAである。
siRNAは、小干渉性リボ核酸またはサイレンシングRNAとしても知られ、遺伝子発現を阻止する分子である。
siRNAによる遺伝子サイレンシングのプロセス全体を、RNA干渉またはsiRNAノックダウン機構と呼びます。
siRNAは他の種類のRNAとは機能的にも構造的にも異なる。
一般に、他のRNAは一本鎖で、長いポリヌクレオチド鎖からできている。
一方、
siRNAは二本鎖で短く、20から25ヌクレオチドの長さである。
siRNAのソースはexogeneousです。
機能的には、遺伝子の発現をブロックします。
これらすべてとは別に、siRNAのユニークな特徴の1つは、3’OHジヌクレオチドのオーバーハングが存在することである。 図参照：
ガイド鎖、パッセンジャー鎖、3末端ジヌクレオチドオーバーハングを持つsiRNAの構造
siRNAは、一方の鎖をガイド鎖、もう一方の鎖をパッセンジャー鎖と呼ぶ2本鎖構造である。 1999年にDavid Baulcombeらが、転写後の修飾におけるsiRNAの役割を説明した。
siRNAの機能。
siRNAの主な機能は、外来mRNAの攻撃から細胞を守ることです。
機能的には、成長するmRNA（外来および内在性）を分解し、遺伝子の発現を停止させます。
siRNAの起源は外来性であり、ウイルス感染に由来する。
真核細胞はRNA干渉という非常に優れた反応性の防御システムを持っている。
ここで、そのメカニズム全体を詳しく理解しましょう。
しばしばRNAiと呼ばれるRNA干渉は、mRNAの分解とそれに続く遺伝子サイレンシングの生物学的プロセスである。
1998年、FireとMelloはRNA干渉のメカニズムを展開しました。 1999年にはRNA干渉におけるsiRNAの役割が発見された。
レトロウイルスが細胞に感染すると、その二本鎖RNAが細胞に挿入される。
このとき、マンガンイオンの4量体を持つダイサーという特殊なタンパク質が、二本鎖RNAを切断して小さくする。
特殊なRNaseであるダイサーは、ジヌクレオチドのオーバーハングを生成するようにRNAを切断する。
この小さな二本鎖RNAの断片は、次に複数のサブユニットを持つタンパク質複合体に組み込まれ、RNAi誘導サイレンシング複合体、RISCを形成する。
RISCは適切なmRNAの標的を見つけ、エンドおよびエキソヌクレアーゼ活性の組み合わせによってそれを切断する。
これらの小さな二本鎖RNAは、22から25塩基対の長さで、小干渉RNAまたはsiRNAと呼ばれる。
また、siRNAはその5’末端にリン酸基を持っている。
また、我々が議論したように、ジヌクレオチドのオーバーハングを持っています。 ジヌクレオチドのオーバーハングは、ダイサーに存在するマンガンイオンの活性に由来すると考えられています。
siRNAのガイド鎖は、タンパク質複合体を誘導して細胞内に存在する相補的な二本鎖RNA配列を見つけ出し、いったん認識されると切断されて破壊される。
同様に、相補的なmRNAを見つけることによって私たちのmRNAを破壊することができ、ゲノムのエピジェネティックプロファイルを変更することによって染色体の特性を変更します。
siRNAの応用例。
この機構は、ほとんどすべての真核生物に活発に存在し、ウイルス感染に対して働いている。
現在、科学者はこの知識を遺伝子サイレンシングや治療用途の遺伝子発現停止に利用している。
科学者は現在、ブロックしたい遺伝子のmRNAに特異的な人工siRNA分子を合成している。
ウイルスベクターベースの非ウイルスベクターベースの人工的な移送方法を使用することにより、siRNAを細胞内に挿入することができる。
ウイルスベクターベースと非ウイルスベクターベースの遺伝子導入について、詳しくはこちら。 遺伝子治療。
このようなメカニズムにより、標的のmRNAが破壊され、タンパク質合成が制御されます。
現在、科学者たちは、癌を引き起こす遺伝子に対して、siRNAを媒介とした遺伝子サイレンシング法を使おうとしています。
siRNAを介した方法は、遺伝子発現を抑制するための遺伝子ノックアウトおよび遺伝子ノックダウン法において使用されています。
また、パスウェイ解析や、サイトカイン、インスリンシグナル、細胞防御機構などのパスウェイ同定に使用される。
さらに、遺伝子の重複研究、遺伝子機能研究にも応用される。
カーボンベースおよび非カーボンベースのナノ粒子によるsiRNA療法は、脳へのドラッグデリバリーに使用されています。
siRNAの課題。
siRNAによるRNA干渉は新しいアプローチであり、研究者はその使用方法をあまり認識しておらず、治療におけるsiRNAの使用には多くの問題がある。
血漿や組織に存在するヌクレアーゼは、外来のsiRNAオリゴ分子を分解するが、上記のセクションで述べたように、ナノ粒子を介したsiRNAは、いくつかの有望な結果を示している。
また、本治療法の効果は少ない上に組織特異的であるため、局所的な部位に限定される。
siRNAのオフターゲティングは、他のmRNAも分解してしまうため、siRNA研究の大きな課題の1つである。
これらの課題により、現在siRNAを治療用途に使用することは非常に困難であるが、将来的には適用可能である。
治療用siRNAの例：
| SM2181 | AUCUGAAGAAGGAGAAATT | UCCUUCUUUCUGAAUTT | 2% mRNA阻害 | 0.3 nM |
| SM2172 | AUCUGAAGAAGGAGAAATT | UUUUCUUCUUCAGAUTT | 88 % target mRNA inhibition | 0.3 nM |
さて、以上がセンス鎖とアンチセンス鎖を持つsiRNAの例で、活性が高い方と低い方の2つの例である。 また、表にはsiRNAの濃度を示しています。
siRNAのデータはsiRNAmodで公開中です。
- DNA story: DNAの構造と機能
- RNA: 構造と機能
結論。
siRNA を介した治療法は、バイオ医薬品分野で最も有望なツールの 1 つです。 しかし、その特異性が大きな障害となっており、将来的には癌などの疾患を治療するための診断ツールとなる可能性がある。
siRNAの送達には、脂質ベース、ペプチドベース、オリゴベース、ポリマー媒介のようなウイルスおよび非ウイルスベクターが現在利用可能ですが、どの方法にもいくつかの限界があります。