同軸的スタッキング
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/03/22 16:12 UTC 版)
「核酸の三次構造」の記事における「同軸的スタッキング」の解説
同軸的スタッキング（coaxial stacking）はヘリカル（らせん形）スタッキング（helical stacking）としても知られ、RNAの三次構造で高次構造を決定する主要な因子である。同軸的スタッキングは2つのRNA二重らせんが連続的なヘリックスを形成し、それら2つのヘリックスの相互作用面が塩基のスタッキングによって安定化されているときに生じる。同軸的スタッキングはtRNAPheの結晶構造の報告で記載された。より最近では、同軸的スタッキングは、自己スプライシングを行うグループI、グループIIイントロンを含む、多くのリボザイムの高次構造で観察されている。同軸的スタッキングでよくみられるモチーフには、キッシングループ（英語版）（kissing loop）相互作用とシュードノットがある。これらの相互作用の安定性は、“Turner’s rules” を適用することで予測することができる。 1994年、WalterとTurnerは、ステムループ末端の4ヌクレオチドの突出部と短いオリゴマーの間でヘリックス-ヘリックス相互作用面を作り出すモデルシステムを用いて、ヘリックス-ヘリックス相互作用面内の最近接スタッキング相互作用の自由エネルギーへの寄与の程度を決定した。彼らの実験は、2つのヘリックス間の塩基スタッキングの熱力学的な寄与は、標準的な二重らせん形成時の熱力学的寄与（形成されるヘリックスの熱力学的安定性を予測する最近接相互作用）にきわめて近似的なものであることを確証した。最近接相互作用の相対的安定性は、エネルギー的に有利な同軸的スタッキングを既知二次構造に基づいて予想する際に利用することができる。WalterとTurnerは、同軸的スタッキングによる寄与を考慮に入れることで、RNA構造予測の正確さが平均して67%から74%へ改善することを見出した。 最もよく研究されているRNA三次構造には、同軸的スタッキングの例が含まれている。よく知られた例としては、tRNAPhe、グループIイントロン、グループIIイントロン、そしてリボソームRNAがある。tRNAの結晶構造解析によって、アミノ酸アクセプターステムとTアームのスタッキング、Dアームとアンチコドンステムのスタッキングという、同軸的スタッキングによって伸長したヘリックスが存在することが明らかにされた。これらのtRNA内部の相互作用によって、アンチコドンステムとアクセプターステムは直交した向きとなり、機能的なL字型の三次構造が形成される。グループIイントロンでは、P4、P6ヘリックスが同軸的スタッキングを行うことが、生化学的、結晶学的手法の組み合わせによって示されている。P4-P6ヘリックスの結晶構造では、同軸的スタッキングがどのようにRNAヘリックスを三次構造へとパッキングし安定化するかが詳細に示された。Oceanobacillus iheyensisの自己スプライシンググループIIイントロンでは、IA、IBステムが同軸的スタッキングを行い、five-way junctionの構成要素となるヘリックスの相対的配向に寄与している。この配向は、機能的リボザイムの活性部位の適切なフォールディングを促進する。リボソームには同軸的スタッキングの多数の例が含まれ、その中には70 bpもの長さのものも含まれる。 同軸的スタッキングでよくみられる2つのモチーフは、キッシングループとシュードノットである。キッシングループ相互作用では、2つのヘアピンの一本鎖のループ領域が塩基対形成によって相互作用し、同軸的スタッキングによってヘリックスが合成される。この構造ではそれぞれのループの全てのヌクレオチドが塩基対形成とスタッキング相互作用に参加することができる。このモチーフは、LeeとCrothersによってNMR解析による可視化と研究が行われた。シュードノットモチーフは、ヘアピンループの一本鎖領域が同じRNA鎖の上流または下流の配列と塩基対を形成することで生じる。その結果生じた2つの二重らせんが互いにスタッキングし、安定な同軸的スタッキングヘリックスが合成される。シュードノットの例としては極めて安定性が高いD型肝炎ウイルスリボザイム（英語版）があり、その主鎖は全体で二重のシュードノット型のトポロジーとなっている。 合理的設計がなされたDNA構造では、同軸的スタッキングに似た効果がみられる。DNAオリガミ構造は、平滑末端が露出した二重らせんを多数含んでいる。これらの構造では、露出した平滑末端が疎水的なスタッキング相互作用のために互いに接着することが観察されている。
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