3.19 : Ribozymes

リボザイムという用語は、酵素として作用できるRNAに使用されます。リボザイムは、主に特定のウイルス、細菌、植物小器官、および下等真核生物に見られます。リボザイムは、1982年にトム・セックの研究室が酵素として作用するグループIイントロンを観察したときに初めて発見されました。これに続いて、シド・アルトマンの研究室で別のリボザイムであるRibonulcease Pが発見されました。チェフとアルトマンは、リボザイムの研究で1989年にノーベル化学賞を受賞しました。

リボザイムは、そのサイズに応じて、大小の2つのグループに分類できます。大きなリボザイムは、数百ヌクレオチドから数千ヌクレオチドまでサイズが異なることがあります。I型およびII型のイントロンと細菌のリボヌクレアーゼPは大きなリボザイムです。小さなリボザイムは30〜150ヌクレオチドの長さです。それらは、多くの病原性植物ウイルスや、ヒトの病原体であるデルタ型肝炎ウイルス(HDV)に見られます。ハンマーヘッド、ヘアピン、HDV、およびバルクード衛星は、小さなリボザイムの一般的なタイプです。ほとんどの大きなリボザイムは、その活性のために金属イオン、特にMg²⁺を必要としますが、金属イオンはほとんどの小さなリボザイムには必要ありません。glmS mRNA中のglmSリボザイムは、グルコサミン6-リン酸が高濃度で存在する場合にリボスイッチとしても機能するため、ユニークなα-リボザイムです。

ほとんどの天然に存在するリボザイムは、自身のRNAに存在するホスホジエステル結合を切断する自己切断を触媒します。一般的なタンパク質酵素とは異なり、ほとんどのリボザイムは、自己切断後、活性がなくなるため、単一のターンオーバー反応を行います。しかし、2つのリボザイム - リボヌレスPと50Sリボソームサブユニットの23S RNAは異なる反応を示します。細菌リボヌクレアーゼPは、エンドヌクレアーゼ活性を持つRNA-タンパク質複合体であり、Mg²⁺イオンを必要とします。そのRNA成分は、未熟なtRNAの5'末端に作用して、成熟した5'末端を生成します。リボソームに存在する23S RNAは、ホスホリル移動反応の代わりに、翻訳中にペプチド結合形成反応を行うため、他のすべての既知の天然リボザイムとは異なります。

RNAは酵素だけでなく遺伝情報の担い手としても働くことができるため、初期生命体の発生に重要な役割を果たした「RNAの世界」が過去に存在したのではないかという仮説が立てられています。しかし、複雑な生命体の進化に伴い、20個のアミノ酸を持つタンパク質が酵素として働き始め、リボザイムが行う多くの反応を引き継いだ可能性があります。この理論は、アミド結合形成、グリコシド結合形成、炭素-炭素結合形成、酸化還元反応など、無数の反応を実行できるin vitroで開発された人工リボザイムによって支持されています。