3.4 Inosine Modification and mRNA Turnover

mRNAのAdenosine to Inosine (A-I) modificationはRNA酵素（ADARs）に作用するAdenosine deaminaseにより触媒される。 これらの酵素は二本鎖RNA領域を好み、A-Iの変換（本項では編集とも表現する）により、修飾塩基はグアニンと同様に塩基対をなすようになり、その性質が変化する。 前回と同様に、イノシンがmRNAの安定性に及ぼす直接的な影響と、間接的な影響から生じる影響とを分けて考える。 RNAの二本鎖領域にイノシンを導入すると、イノシンを含むRNAに特異的なリボヌクレアーゼが働いて、分解が始まることがある。 この効果を媒介する最初の酵素はTudor-staphylococcal nuclease (SN)で、これは抽出物中のハイパーダブルRNAの切断を促進することが示された 。 この研究で述べられた結果のほとんどは、in vitroでハイパーダイズド基質に対するTudor-SNの生化学的活性を実証している。 しかし、これらの研究からは、in vivoでイノシンを含むmRNAの何割がTudor-SNによって切断されるのか、またTudor-SNが直接エンドヌクレアーゼであるかどうかは不明であった。 Tudor-SNは細胞質ストレス顆粒に局在していることから、その標的転写産物の一部はストレス条件下で優先的に制御される可能性がある。 イノシン含有RNAに特異的なヌクレアーゼとしては、ヒトエンドヌクレアーゼV（hEndoV）が知られており、in vitroで様々なイノシン含有RNA基質を切断することができる。 ある研究では、hEndoVが実際のイノシンエンドヌクレアーゼであり、Tudor-SNがhEndoVに刺激的な活性を与えていることが示唆された . 興味深いことに、hEndoVは細胞質ストレス顆粒にも局在しており、ストレス時にイノシンを含むmRNAのレベルを調節する可能性があるTudor-SNと同様の機能を持つことが示唆されている。 真核細胞においてイノシン特異的ヌクレアーゼ活性が存在することは明らかであるが（図5）、mRNAの切断やターンオーバーに対するその寄与はまだ十分に解明されていない。 したがって、Tudor-SNおよび/またはhEndoVによるハイパーテッド二本鎖RNAの切断の生理的影響については、より詳細に調べる必要がある。

ADAR酵素はまた、mRNAの崩壊に影響を与えるRNA結合タンパク質の結合を制御することによってmRNAの安定性に大きな役割を果たすことができる。 ADAR がその標的 mRNA のレベルに与える影響をグローバルに測定したところ、一般に mRNA レベルへの影響は、これらの mRNA におけるイノシン形成を促進する能力とはあまり相関していませんでした。 むしろ、ADARがmRNAの安定性に与える主な影響は、mRNAの崩壊の主要な調節因子であるRNA結合タンパク質HuR（ELAVL1）のリクルートを通してもたらされるようである。 ADAR1はRNA依存的にHuRと相互作用し、ADAR1非存在下でダウンレギュレートされるmRNAのほとんどにHuR結合部位が存在する 。 このように、ADAR1は、HuRを近傍の標的部位に動員することによって、そのmRNAの標的の安定性に影響を及ぼしているようである。 ADARはまた、ポリ（A）特異的ヌクレアーゼである崩壊因子PARNの結合を阻害することによって、いくつかのmRNAやncRNAのレベルを制御することができる。 この機能も編集とは無関係のようで、触媒的に不活性なADAR変異体は、崩壊を制御する酵素の機能を果たすことができる。 このように、mRNAの標的の安定性に対するADARの影響は、イノシンの形成を促進する能力とはほとんど無関係であるように思われる。

mRNAターンオーバーに対するイノシン修飾の主な結果は、microRNAを介した遺伝子制御に対するイノシンの影響によるものである。 イノシンの存在は、この経路の2つの主要なステップに影響を与えることができる。 (i)マイクロRNAの生合成、(ii)マイクロRNAによるmRNAの標的化の特異性である。 マイクロRNAの生合成に対するイノシンの影響については、マイクロRNAの一次前駆体がADAR1またはADAR2によって編集されることが示された。 これらの前駆体中のイノシンの存在は、成熟したマイクロRNAの産生に対して2つの有害な影響を与えます。 第一に、イノシンはDroshaによる一次前駆体のプロセシングの効率を低下させる。第二に、イノシンを含む前駆体は、Tudor-SNやhEndoVなどのイノシン特異的リボヌクレアーゼのターゲットとなる。 マイクロRNAの一次前駆体に対するイノシン修飾のこれらの複合効果により、これらの前駆体から産生されるマイクロRNAのレベルが低下し、それに伴って標的mRNAが増加することになる。 miR-151マイクロRNAの前駆体は、発生初期に編集され、Tudor-SNによって前駆体が分解されることが示されているように、このプロセスは制御することが可能である . より一般的には、イノシンを含むマイクロRNAの前駆体は、マウスの接合後の段階で分解される 。 これらの結果は、microRNA前駆体のA-I編集が、発生過程におけるその生合成を制御し、その結果、そのmRNAの標的の発現に直接影響を与えることを示している。 しかし、ADAR1がRNase III酵素であるDicerとヘテロダイマー化することで、microRNAのプロセッシングの効率を高め、microRNAの生合成にプラスの役割を果たすことも示されたため、ADARのmicroRNA生合成に対する効果は複雑であると考えられる。 ADARがsmall RNAの生合成に直接的、間接的に作用することは、線虫のゲノム全体でも証明されている。 最後に、ADAR1は、哺乳類細胞においてRNA編集とは無関係にsiRNAと結合することもでき、siRNA治療の効果を制限している . したがって、ADARはmicroRNAとsmall RNAを介した遺伝子サイレンシングにとって諸刃の剣であると思われる。なぜなら、microRNA前駆体のプロセッシングと安定性に対するイノシン修飾の抑制効果は、ADARがDicerとの結合を通じてmicroRNAプロセッシングを促進し、siRNAの有効性に影響を与えることによって相殺される可能性がある。 しかしながら、これらの酵素は、microRNA前駆体の編集を通じて、細胞分化を制御する重要な機能を担っている。 例えば、白血病のADAR1によるLet-7 microRNA前駆体のハイパーレジショニングは、白血病幹細胞の再生を促進することが示され、細胞分化の際のmicroRNA前駆体の編集の微調整の重要性が強調された

InosineもRNA二重鎖形成に影響を与えることでmicroRNAが媒介するmRNA制御に影響を及ぼすが、これはmicroRNA-mRNA相互作用の特異性を決める上で重要である（図5）。 このことは、miR-376マイクロRNAにイノシンを導入すると、未修飾のmiR-376によって抑制されるmRNAとは異なるグループのmRNAが抑制されることを示すことによって初めて示された。 編集された部位がmicroRNAのシード配列に存在する場合、イノシンはCと優先的に塩基対になるため、修飾によってmicroRNAの特異性が変化する。逆に、mRNAの3′-UTR配列におけるA-I編集によって、これらのUTRのmicroRNAによる標的性が変わり、新しいmicroRNA結合サイトを作り出すことができる … 調節された編集は、細胞の形質転換中にマイクロRNAを介して癌遺伝子や腫瘍抑制遺伝子を制御する上で潜在的に重要であることが示された。

最後に、イノシンは間接的な効果によってmRNAの安定性に影響を与えることができる。 イノシンを含むmRNAは、LPSで刺激された免疫細胞において核に限定され、細胞質のmRNA崩壊機構にさらされるのを防ぐことが分かっている。 しかし、これらのmRNAが核内に留まることで、核内エクソソームなどの核内分解経路による優先的な分解を受けることになります。 この結果、特定のmRNAに対するこれらの分解経路の相対的な効率に応じて、安定性が増加または減少する可能性がある。 また、イノシンはオルタナティブスプライシングにも影響を与え、その結果、安定性の異なるmRNAアイソフォームが生成される可能性がある。 特に、代替スプライシングされたmRNAに、安定性を調節する異なるRNA結合タンパク質の結合部位が存在する場合、このような現象が起こる可能性があります。 したがって、イノシンおよびADARは、直接的および間接的な効果の組み合わせにより、様々な形でmRNAの安定性および発現に影響を及ぼす可能性がある

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