RNA干渉による真核生物遺伝子発現の調節（miRNA、siRNA）

🧠 RNARNA（ribonucleic acid）干渉は「二本鎖RNAdouble-stranded RNA 二本鎖RNA（double-stranded RNA）double-stranded RNA（二本鎖RNA） は異物である」という細胞の警戒システムを利用した遺伝子サイレンシング機構であり、Dicerによる切断→RISC複合体 RNA-induced silencing complex (RISC) RISC複合体（RNA-induced silencing complex (RISC)） RNA-induced silencing complex (RISC)（RISC複合体） への搭載→標的mRNAとの塩基対合 base pairing 塩基対合（base pairing） base pairing（塩基対合） という共通経路 common pathway 共通経路（common pathway） common pathway（共通経路） をmiRNA・siRNAの両方が辿る。 両者の運命を分けるのは、標的mRNAとの相補性 complementation 相補性（complementation） complementation（相補性） の程度が「完全（siRNA）」か「不完全」かという1点だけであり、これが「切断による分解」と「翻訳抑制」という異なる結末を生む。

RNA干渉とは

RNAiは二本鎖RNA double-stranded RNA 二本鎖RNA（double-stranded RNA） double-stranded RNA（二本鎖RNA） （dsRNA）によって誘導される遺伝子サイレンシング機構である。配列特異的であり、dsRNAと、その反応を引き起こしたdsRNAに配列相同性 sequence homology 配列相同性（sequence homology） sequence homology（配列相同性） を持つ一本鎖RNA single-stranded RNA 一本鎖RNA（single-stranded RNA） single-stranded RNA（一本鎖RNA） （ssRNA）分子——通常はmRNA——の両方の分解を伴う。

dsRNAは「異物」とみなされ、通常は全生物種の生きた細胞によって破壊される。RNAiは細胞内で検出されたdsRNAと同じ配列を持つmRNAを破壊する。

RNAiの機能は特定のmRNA鎖を標的にしてタンパク質合成を阻害することであり、これを短い（23ヌクレオチド）二本鎖セグメントへ切断する（RNAi→標的mRNA→分解）。細胞内のdsRNAはsiRNA（低分子干渉RNA）とmiRNA（マイクロRNAmicroRNAマイクロRNA（microRNA）microRNA（マイクロRNA））の産生をもたらしうる。

RNA媒介性遺伝子サイレンシング

flowchart TD
  A["Dicer（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='endonuclease'>エンドヌクレアーゼ</span>）が活性化"] --> B["Dicerが<span class='jp-term jp-term-diagram' title='double-stranded RNA'>二本鎖RNA</span>を末端から測って切断→siRNA・miRNAを産生"]
  B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='RNA-induced silencing complex (RISC)'>RISC複合体</span>（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ribonucleic acid'>RNA</span>誘導サイレンシング複合体）がsiRNA/miRNAとともに組み立て"]
  C --> D["標的mRNAを分解→タンパク質産生なし"]

1. Dicer（エンドヌクレアーゼendonucleaseエンドヌクレアーゼ（endonuclease）endonuclease（エンドヌクレアーゼ））が活性化される
2. Dicerが二本鎖RNA double-stranded RNA 二本鎖RNA（double-stranded RNA） double-stranded RNA（二本鎖RNA） を切断し、siRNAとmiRNAを産生する。切断位置は「中央」ではなく末端からの距離で決まる——Dicerは二本鎖の末端を掴むPAZドメインとRNase IIIの触媒部位 catalytic site 触媒部位（catalytic site） catalytic site（触媒部位） が約65 Å（25塩基対 base pairing 塩基対（base pairing） base pairing（塩基対） 分）離れた分子定規 scale定規（scale） scale（定規）であり、末端から一定長を測り取って切る¹
3. RISC複合体RNA-induced silencing complex (RISC) RISC複合体（RNA-induced silencing complex (RISC)）RNA-induced silencing complex (RISC)（RISC複合体） （RNA誘導サイレンシング複合体、RNA-induced silencing complex）——siRNA・miRNAとともにmRNAを分解し、タンパク質産生をもたらさないタンパク質複合体

miRNA（マイクロRNA）

miRNA前駆体（pri-miRNA、dsRNA内に見られる）は、RNAポリメラーゼIIによって合成され、キャップ付加・ポリアデニル化polyadenylation ポリアデニル化（polyadenylation）polyadenylation（ポリアデニル化） される（転写後修飾）。

1. 核内のRNase IIIであるDrosha（DGCR8と複合体をつくる）がpri-miRNAのステムループ部分を切り出し、約70ヌクレオチドのpre-miRNAを産生する²
2. pre-miRNAはExportin-5にRanGTP依存性に結合して核膜孔複合体 nuclear pore complex (NPC) 核膜孔複合体（nuclear pore complex (NPC)） nuclear pore complex (NPC)（核膜孔複合体） を通り細胞質へ出て、そこでDicer酵素がこれを受け取る³
3. Dicerはpre-miRNAに結合し：①特定の位置で切断し2ヌクレオチドの3′オーバーハング overhang オーバーハング（overhang） overhang（オーバーハング） （突出末端）を与える②5′端へリン酸を付加する
4. miRNAはその後一群のタンパク質と組み立てられRISC複合体RNA-induced silencing complex (RISC)RISC複合体（RNA-induced silencing complex (RISC)）RNA-induced silencing complex (RISC)（RISC複合体）を形成する（サイレンサーsilencer サイレンサー（silencer）silencer（サイレンサー） ＋アルゴノート Argonaute (protein)アルゴノート（Argonaute (protein)） Argonaute (protein)（アルゴノート）、argonauteからなる）
5. miRNA二本鎖のうちガイド鎖の側だけがRISCに保持され、標的mRNAに結合する。もう一方のパッセンジャー鎖は切断・分解されて捨てられる⁴

mRNAがmiRNAに結合されると、いくつかの帰結が起こりうる：

• mRNA・miRNA間の塩基対合 base pairing 塩基対合（base pairing） base pairing（塩基対合） が広範な場合（あまり一般的でない）、mRNAはアルゴノートArgonaute (protein) アルゴノート（Argonaute (protein)）Argonaute (protein)（アルゴノート） タンパク質によって切断（スライス）される→mRNAのポリA尾部が除去される→mRNAの分解
• 塩基対合base pairing 塩基対合（base pairing）base pairing（塩基対合） があまり広範でない場合（より一般的）、アルゴノートArgonaute (protein) アルゴノート（Argonaute (protein)）Argonaute (protein)（アルゴノート） はmRNAを切断せず、代わりにmRNAの翻訳が抑制され、mRNAはP-body（processing body）へ移動し、最終的にポリA尾部の分解を受ける

⭐ miRNA→翻訳阻害 typical翻訳阻害（typical） typical（翻訳阻害）。

⚠️ 「miRNA＝翻訳阻害 typical翻訳阻害（typical） typical（翻訳阻害）」は入口の整理であって、実際の主役はmRNAの不安定化。 リボソームプロファイリングで蛋白産生量とmRNA量を同時に測ると、哺乳類mammal 哺乳類（mammal）mammal（哺乳類） のmiRNAによる蛋白産生低下の84%以上は標的mRNA量そのものの低下（脱アデニル化→分解）で説明され、リボソームに載ったまま翻訳だけが抑えられる分の寄与は小さい⁵。切断（スライス）を伴わない「不完全な塩基対合 base pairing塩基対合（base pairing） base pairing（塩基対合）」の経路でも、最終的な出口はmRNAの分解だと理解しておく。

siRNA（低分子干渉RNA）

siRNAもdsRNA内に見出される。

1. Dicer酵素が長いdsRNAと小さなヘアピンRNA（hairpin RNA、髪留め型に折り返した構造を持つRNA）から、小さな断片（約23ヌクレオチド対）としてsiRNAの産生を触媒する
2. これらの二本鎖siRNAはその後RISC複合体 RNA-induced silencing complex (RISC) RISC複合体（RNA-induced silencing complex (RISC)） RNA-induced silencing complex (RISC)（RISC複合体） に結合し、アルゴノートArgonaute (protein) アルゴノート（Argonaute (protein)）Argonaute (protein)（アルゴノート） がsiRNAの一方の鎖を切断する（アルゴノートArgonaute (protein) アルゴノート（Argonaute (protein)）Argonaute (protein)（アルゴノート） がこれを行えない場合、ヘリカーゼhelicase ヘリカーゼ（helicase）helicase（ヘリカーゼ） が現れて助ける）
3. 切断されずに残った側＝ガイド鎖が一本鎖としてRISCに保持され、標的mRNAを識別・結合する（切断されて捨てられる側がパッセンジャー鎖であり、標的を認識するのはガイド鎖の方である）⁴
4. mRNAが切断され翻訳されない→分解される

miRNAとsiRNAは非常に類似した性質と機構を共有する。しかし、miRNAが翻訳の抑制（翻訳阻害typical翻訳阻害（typical）typical（翻訳阻害））によって遺伝子をサイレンシングするのに対し、siRNAは翻訳前にmRNAを切断する（標的mRNA分解）ことで機能する。

まとめ

• RNAiは二本鎖RNA double-stranded RNA 二本鎖RNA（double-stranded RNA） double-stranded RNA（二本鎖RNA） を「異物」として検出し、Dicerによる切断・RISC複合体RNA-induced silencing complex (RISC) RISC複合体（RNA-induced silencing complex (RISC)）RNA-induced silencing complex (RISC)（RISC複合体） への搭載を経てmRNAをサイレンシングする配列特異的機構である。
• miRNAはゲノム座位 pri-miRNA ゲノム座位（pri-miRNA） pri-miRNA（ゲノム座位） →pre-miRNA→Dicer活性化という核内外の成熟過程を経てRISCに搭載され、標的mRNAとの不完全な塩基対合 base pairing 塩基対合（base pairing） base pairing（塩基対合） により翻訳抑制とP-body移行を引き起こす。
• siRNAは長いdsRNA/ヘアピンRNAから直接Dicerにより生成され、標的mRNAとの完全な相補性 complementation 相補性（complementation） complementation（相補性） によりアルゴノート Argonaute (protein) アルゴノート（Argonaute (protein)） Argonaute (protein)（アルゴノート） による切断・急速な分解を引き起こす。
• 両者の機構は酷似しているが、相補性complementation 相補性（complementation）complementation（相補性） の完全性 completeness 完全性（completeness） completeness（完全性） の違いが「翻訳抑制」と「mRNA分解」という異なる帰結を分ける決定的な要因である。ただし翻訳抑制側でも実測では蛋白低下の8割超がmRNA量の低下で説明される⁵。
• どちらの経路でも、二本鎖のうちRISCに残って標的を読むのはガイド鎖であり、パッセンジャー鎖は捨てられる⁴。

💡 siRNAは実際の医薬になっている。 RNAiは実験ツールにとどまらず、2018年に世界初のRNAi医薬パチシラン（ONPATTRO）が遺伝性トランスサイレチン transthyretin トランスサイレチン（transthyretin） transthyretin（トランスサイレチン） 型アミロイドーシス amyloidosis アミロイドーシス（amyloidosis） amyloidosis（アミロイドーシス） の多発神経障害 polyneuropathy 多発神経障害（polyneuropathy） polyneuropathy（多発神経障害） に対して米国FDAFDA（Food and Drug Administration）と欧州委員会に承認された⁶。肝臓のトランスサイレチン transthyretin トランスサイレチン（transthyretin） transthyretin（トランスサイレチン） 合成をsiRNAで抑える設計で、以後この経路の薬（ブトリシランなど）が続いている。