真核生物遺伝子産物の多様性を生み出している選択的スプライシングのタンパク質立体構造への影響

Effect on protein three-dimensional structures of alternative splicing toward diversification of eukaryotic transcripts

由良 敬; 郷 通子*

Yura, Kei; Go, Michiko*

ヒトゲノム塩基配列の読み取り完了により、ゲノムにコードされている遺伝子の数が予想よりもかなり少ないことが明らかになった。遺伝子数の予想と実際のギャップをきっかけとして、トランスクリプトームデータに関心が集まり、ヒトでは、1つの遺伝子から少なくとも2.7種類のmRNAが選択的スプライシングによって産出されていることがわかってきた。選択的スプライシングによって部分的に異なるmRNAが産出されれば、ひとつの遺伝子から部分的に構造が異なるタンパク質が翻訳され、プロテオームの多様性を生み出すことが期待される。そこでわれわれは選択的スプライシング産物がタンパク質の立体構造と機能にどのような差異を生み出しているかを、トランスクリプトームデータと構造プロテオームデータの比較から推定した。その結果、選択的スプライシングがタンパク質単体の構造及び機能を多様化している割合は、30%程度と推定できた。70%はタンパク質単体の構造を破壊している可能性が高いことがわかってきた。この結果は、選択的スプライシングによる遺伝子の機能多様化に関して、従来の考え方を大きく変更する必要に迫られることを意味する。

Alternative splicing is a molecular mechanism that produces multiple proteins from a single gene, and is thought to produce variety in proteins translated from a limited number of genes. We evaluated comprehensively the presumptive three-dimensional structures of the alternatively spliced products to assess the impact of alternative splicing on gene function. We found that more than half of alternatively spliced regions comprised interaction sites between proteins and their binding partners, including substrates, DNA/RNA, and other proteins. Intriguingly, about 70% of the alternatively spliced isoforms showed significant alterations to regions of the protein structural core, which likely resulted in large conformational change. Based on those findings, we speculate that there are a large number of cases that alternative splicing modulates protein networks through significant alteration in protein conformation.