リボソーム生合成 – 日本語百科事典辞書

Ribosome_biogenesis
リボソーム生合成は、リボソームを作成するプロセスです。原核生物では、このプロセスは多くのリボソーム遺伝子オペロンの転写とともに細胞質で起こります。真核生物では、それは細胞質と核小体の両方で起こります。これには、3 つの原核生物または 4 つの真核生物のrRNAの合成とプロセシング、およびそれらの rRNA とリボソームタンパク質との組み立てにおける200 以上のタンパク質の協調的な機能が関与します。リボソームタンパク質のほとんどは、ATP 依存性 RNAヘリカーゼを含むさまざまなエネルギー消費酵素ファミリーに分類されます。、AAA-ATPase、GTPase、およびキナーゼ。細胞のエネルギーの約 60% はリボソームの生成と維持に費やされます。
原核生物および真核生物におけるrRNAの生合成と集合。特に真核生物では、5S rRNA はRNA ポリメラーゼ IIIによって合成されますが、他の真核生物の rRNA 分子はRNA ポリメラーゼ Iによって転写されます。
リボソーム生合成は非常に厳密に制御されたプロセスであり、成長や分裂などの他の細胞活動と密接に関連しています。
生命の起源において、リボソーム生合成は細胞よりも古く、遺伝子と細胞はリボソームの生殖能力を高めるために進化したのではないかと推測する人もいます。
コンテンツ
1 リボソーム
2 原核生物
3 真核生物
3.1 処理 3.2 40Sサブユニット 3.3 60Sサブユニット
4 核輸出
5 品質管理
6 人間の病気
7 こちらも参照
8 参考文献

リボソーム
リボソームは、 mRNAからタンパク質への翻訳を担う高分子機械です。80S リボソームとも呼ばれる真核生物のリボソームは、2 つのサブユニットで構成されています。大きな 60S サブユニット (植物の 25S または哺乳類の 28S、5.8S、5S rRNA、および 46 個のリボソームタンパク質を含む)小さな 40S サブユニット (18S rRNA と 33 個のリボソームタンパク質を含む)。リボソームタンパク質はリボソーム遺伝子によってコードされています。
原核生物および真核生物のリボソームに見られるrRNA
タイプサイズ大サブユニット ( LSU rRNA ) 小サブユニット ( SSU rRNA )
原核生物
70年代
50S（5S ：120nt、23S ：2906nt）
30S（16S ：1542nt）
真核生物
80年代
60S ( 5S : 121 nt、 5.8S : 156 nt、 28S : 5070 nt )
40S ( 18S : 1869 nt )

原核生物
リボソームタンパク質をコードする遺伝子は 52 個あり、それらは原核生物の DNA 内の 20 個のオペロンで見つかります。リボソーム合成の制御は、 rRNA自体の制御に依存します。
まず、アミノアシル tRNAの減少により、原核細胞は転写と翻訳を低下させることによって反応します。これは、リボソームに結合するストリンジェントな因子から始まり、反応を触媒する一連のステップを通じて起こります: GTP + ATP –> pppGpp + AMP
その後、γ-リン酸が除去され、ppGpp が RNA ポリメラーゼに結合して阻害します。この結合により、rRNA 転写が減少します。rRNA の量が減少すると、リボソームタンパク質 (r タンパク質) は翻訳されるが、結合する rRNA がなくなることを意味します。代わりに、それらは負のフィードバックを受けて自身のmRNAに結合し、r タンパク質合成を抑制します。r タンパク質は、相補的な rRNA が存在する場合、mRNA ではなく優先的に結合することに注意して
リボソームオペロンには、 RNA ポリメラーゼおよび伸長因子(RNA 翻訳に使用される)の遺伝子も含まれています。これらすべての遺伝子を一度に制御することは、原核生物における転写と翻訳の間の共役を示しています。

真核生物
真核生物におけるリボソームタンパク質合成は主要な代謝活動です。ほとんどのタンパク質合成と同様、核のすぐ外側の細胞質で起こります。個々のリボソームタンパク質は合成され、核孔を通って核に輸入されます。リボソームタンパク質の核内への移動の詳細については、「核への移入」を参照して
DNA は、すべての 45S rRNA 遺伝子を含む核小体で高速で転写されます。唯一の例外は、核小体の外側で転写される 5S rRNA です。転写後、rRNA はリボソームタンパク質と会合し、2 種類のリボソームサブユニット (大および小) を形成します。これらは後に細胞質ゾル内で集合して、機能するリボソームを形成します。リボソームサブユニットの核外への移動の詳細については、「核の輸出」を参照して

処理
真核細胞は、一連のステップを通じて 3 つの成熟 rRNA 種を共転写します。rRNA の成熟プロセスと r タンパク質の補充プロセスは、プレリボソームと呼ばれることもある前駆体リボソーム粒子で起こり、核小体、核質、細胞質で起こります。酵母S. cerevisiaeは、リボソーム生合成研究のための真核生物モデル生物です。リボソーム生合成は核小体で始まります。そこでは、35S プレ RNA がRNA ポリメラーゼ Iによってポリシストロン性転写物としてリボソーム遺伝子から転写され、rRNA の 18S、5.8S、および 25S サブユニットにプロセシングされます。
ポリメラーゼ I の転写は、 rDNAプロモーターに結合する Pol I 開始複合体から始まります。この複合体の形成には、TATA ボックス結合タンパク質およびコア因子 (CF) と会合する上流の活性化因子または UAF の助けが必要です。2 つの転写因子が連携すると、RNA pol I 複合体がポリメラーゼ I 開始因子である Rrn3 と結合できるようになります。pol I 転写物が生成されると、約 75 個の小さな核小体リボ核粒子 (snoRNP)が 100 以上の rRNA 残基の同時転写共有結合修飾を促進します。これらの snoRNP はヌクレオチドの 2′-O-リボースのメチル化を制御し、またプソイドウリジンの生成を助けます。 rRNA 転写物の 5′ 末端では、小サブユニットのリボソームタンパク質 (Rps) と非リボソーム因子がプレ RNA 転写物と集合して、ボール状のノブを形成します。これらのノブは、小さな (40S) リボソームサブユニット経路の最初のプレリボソーム粒子です。 rRNA 転写物は A2 部位で切断され、これにより初期の 40S プレリボソームが残りのプレ rRNA から分離され、残りのプレ rRNA は大サブユニットリボソームタンパク質 (Rpl) や他の非リボソーム因子と結合してプレリボソームを生成します。 60S リボソーム粒子。

40Sサブユニット
小サブユニット突起 (SSU) または 90S 粒子とも呼ばれる 40 S サブユニット前駆体の転写アセンブリは、階層的な様式で起こります。これは、本質的に UTP-A、UTP-B、および UTP-C サブ複合体の段階的な組み込みです。これらのサブ複合体は、30 を超える非リボソームタンパク質因子、U3 snoRNP 粒子、いくつかの Rps タンパク質、および 35S pre-rRNA で構成されています。ただし、それらの正確な役割は発見され U3 snoRNPA 依存部位 (部位 A0、A1、および A2) で切断が行われると、pre-40S 粒子の組成は劇的に変化します。この切断イベントにより 20S pre-rRNA が作成され、リボソーム因子が pre-40S 粒子から解離します。U3 はヘリカーゼ Dhr1 によって初期の 40S から置き換えられます。リボソーム生合成プロセスのこの時点で、40S プレリボソームはすでに成熟 40S サブユニットの「頭部」と「本体」の構造を示しています。40S プレリボソームは核小体から細胞質に輸送されます。細胞質の 40S プレリボソームには、リボソームタンパク質、20s rRNA、およびいくつかの非リボソーム因子が含まれています。40S サブユニットの「くちばし」構造の最終的な形成は、Enp1-Ltv1-Rps3 複合体とキナーゼHrr25 が関与するリン酸化および脱リン酸化イベントの後に起こります。20S pre-rRNA の D 部位での切断により、成熟 18s rRNA が生成されます。この切断イベントは、Nob1、Rio1、Rio2、Tsr1、Fap7 などのいくつかの非リボソーム因子に依存します。

60Sサブユニット
プレ 60S サブユニットから成熟 60S サブユニットへの成熟には、結合および解離する多くの生合成因子が必要です。さらに、一部の組織化因子は 60S サブユニットと関連しますが、他の因子は一時的にのみ相互作用します。全体的な傾向として、60 年代以前のサブユニットの成熟により、複雑さは徐々に減少します。サブユニットは核小体から細胞質に移動するにつれて成熟し、トランス作用因子の数は徐々に減少します。 60S サブユニットの成熟には、約 80 の因子の助けが必要です。これらの因子のうち 8 つは 27S A3 pre-rRNA のプロセシングに直接関与しており、これにより実際に 5.8S rRNA の成熟 5′ 末端の形成が完了します。A3 因子は、相互に結合するだけでなく、プレ RNA 上の離れた部位にも結合します。その後、 rRNAの領域を近づけて、pre-rRNA のプロセシングとリボソームタンパク質の補充を促進します。3 つの AAA タイプATPase は、成熟中の 60S プレリボソームから因子を除去するように機能します。ATPaseの 1 つは、環構造を形成する 6 つの異なる ATPase ドメインで構成されるダイニン様 Rea1 タンパク質です。リング構造は、たまたま MIDAS (金属イオン依存性接着部位) 先端を持つ柔軟な尾部に取り付けられています。Rea1 はリングを介して 60S プレリボソームと相互作用しますが、2 つの基質Ytm1 および Rsa1 は MIDAS チップを介して Rea1 と相互作用します。これらの基質の役割はまだ定義されただし、両方とも相互作用とともに、60S プレリボソームの成熟プロセスで除去されます。他の 2 つの ATPase、Rix7 および Drg1 も、成熟中の 60S サブユニットから集合因子を除去する機能がヘリカーゼとGTP アーゼは、完成した 60S サブユニットを形成するための集合因子の除去と RNA の再構成にも関与します。60S サブユニットは細胞質に入ると (核輸送を参照)、機能するためにさらに処理を受けます。残りの大サブユニットのリボソーム粒子は 60S ユニットと結合し、残りの非リボソーム集合因子は結合を解除します。生合成因子の放出は主に、Lsg1 などの GTPase や Drg1 などの ATPase によって媒介されます。これらの出来事の正確な順序はまだ不明です。現在の知識に関する限り、60S 細胞質成熟の経路は不完全なままです。

核輸出
プレリボソームユニットが完全に成熟するためには、プレリボソームユニットが細胞質に輸送される必要が核小体から細胞質へ効果的に移動するために、プレリボソームは輸送受容体と相互作用して、核孔複合体の疎水性中央チャネルを通って移動します。カリオフェリン Crm1 は両方のリボソームサブユニットの受容体であり、Ran-GTP依存的に輸送を媒介します。ロイシンが豊富な核外輸送シグナルを持つ分子を認識します。Crm1 は、Nmd3 と呼ばれるアダプタータンパク質の助けにより、大きな 60S サブユニットに引き寄せられます。40S ユニットのアダプタータンパク質は不明です。Crm1 に加えて、他の因子もプレリボソームの核輸送に関与しています。Mex67 と呼ばれる一般的な mRNA 輸送受容体と、HEAT 反復含有タンパク質 Rrp12 は、両方のサブユニットの輸送を促進します。これらの因子は非必須タンパク質であり、プレリボソームは大きな分子であるため、プレリボソームの輸送の最適化に役立ちます。

品質管理
リボソームは非常に複雑であるため、一定数のリボソームが誤って組み立てられ、機能しないタンパク質を合成するときに細胞のエネルギーとリソースを浪費する可能性がこれを防ぐために、細胞には、損傷または欠陥のあるリボソームを認識し、分解の対象とするアクティブな監視システムが備わっています。監視メカニズムは、機能しないプレリボソームおよび機能しない成熟リボソームを検出するために導入されています。さらに、監視システムは必要な分解装置を持ち込み、機能しないリボソームを実際に分解します。核内に蓄積したプレリボソームは、エキソヌクレアーゼ活性を持つマルチサブユニット複合体であるエキソソームによって破壊されます。欠陥のあるリボソームサブユニットが核小体から細胞質に到達した場合、細胞質内の機能不全に陥ったリボソームを標的として分解するための第二の監視システムがそこに設置されます。大きなリボソームサブユニットの残基における特定の変異は、実際に RNA の分解を引き起こし、その結果ユニットの分解を引き起こします。リボソーム構築で起こり得る欠陥の量は非常に広範囲に及ぶため、監視システムがどのようにしてすべての欠陥を検出するのかはまだ不明ですが、監視システムは特定の欠陥をターゲットとするのではなく、それらの欠陥の結果を認識していると仮定されています。 – 組み立ての遅れなど。つまり、成熟リボソームの組み立てまたは成熟に障害がある場合、監視システムはサブユニットに欠陥があるかのように動作します。

人間の病気
詳細は「リボソモパシー」を参照
リボソーム生合成の変異は、がんの素因と血球数の減少を特徴とする遺伝性骨髄不全症候群など、いくつかのヒトのリボソモパシー遺伝病に関連しています。リボソーム調節不全も筋肉の消耗に関与している可能性が

こちらも参照
RNAポリメラーゼ

参考文献
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