1. 概要: Shine-Dalgarno 配列とは
2. オペロンと ribosome recycling

概要: Shine-Dalgarno 配列とは

Shine-Dalgarno 配列とは、原核生物 prokaryotes の mRNA で開始コドン AUG の上流に存在する共通配列である。UAGGAGGU のように、プリン塩基に富んだ 3 - 9 塩基の配列である (1)。

Shine-Dalgarno の配列は 16S rRNA の配列と相補的であり、ゆえにリボソーム結合部位 である (図; ref 2)。

真核生物の mRNA は、1 つの mRNA が一つの タンパク質 をコードする モノシストロン性 の mRNA である。ゆえにリボソーム結合部位や翻訳の開始点は 1 個の mRNA に 1 個あればよい。

mRNA の 5' 側に付加される Cap 構造がリボソームの結合部位である (→ mRNA のプロセシング)。

これに対して、原核生物の mRNA は、

• 5' Cap 構造がない
• 1 つの mRNA が複数のタンパク質をコードする ポリシストロン性 である

という特徴をもっている。翻訳は 5' 側から始まり、最初のタンパク質の終止コドンに達した時点でリボソームが遊離するため、mRNA 中に複数のリボソーム結合部位がなければならない。

Cap 構造のような化学構造ではなく、rRNA と相補的な RNA 配列を使ってリボソームを引き寄せるのは合理的な方法と言える。

真核生物にも Kozak 配列という類似の配列がある。これは AUG を含む配列で、翻訳の効率を上げる (1)。

オペロンと ribosome recycling

原核生物の一種である 大腸菌 では、遺伝子の約 25% がオペロンを形成している (3)。オペロンでは、しばしば上流の遺伝子のストップコドンと、下流の遺伝子のスタートコドンが塩基を共有している。たとえば、TAA と ATG が重なって TAATG となり、共有されている A が 2 回読まれるということがあるらしい。

この場合、翻訳はどのように行われるのだろうか？ いくつか異なるメカニズムがあるようだ。

まずは ribosome recycling という現象 (参考)。最初の遺伝子から合成されたポリペプチドが離れても、ribosome が DNA に結合したままとなり、そのまま翻訳が続く。

また、上流の遺伝子の一部が Shine-Dalgarno 配列になっているパターンもある。

直接は関係ない話だが、mRNA に終止コドンが存在しない場合、リボソームは mRNA の終端でペプチジル tRNA などとともに nonproductive translation complex NTC という複合体を作って立ち往生してしまうらしい。これを解放する機構というのもあるようで、興味深い。

References

1. Amazon link: Pierce 2016. Genetics: A Conceptual Approach: 使っているのは 5 版ですが、6 版を紹介しています。
2. By <a href="//commons.wikimedia.org/wiki/User:Fdardel" title="User:Fdardel">Fdardel</a> - <span class="int-own-work" lang="en">Own work</span>, CC BY-SA 4.0, Link.
3. Salgado et al., 2000a. Operons inEscherichia coli: Genomic analyses andpredictions. PNAS 97, 6652-6657, 2000.
4. 阿保、茶谷 2015a. 大腸菌の持つ二段構えのリボソーム解放機構. 生化学 87, 736-740.

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