R-ループの生物学に関する新たな知見

New insight into the biology of R-loops.

• Prasun Chakraborty

抄録

R-ループは、RNAがその鋳型DNAとハイブリダイズして3本鎖構造を生成し、一本鎖の非鋳型DNAを残すときに形成される。転写の際、RNAポリメラーゼの後ろにあるDNAの負のスーパーコイルは、転写を容易にするためにDNAが巻かれている間、初期のRNAによるRループの形成を促進します。理論的には、R-ループは、その形成の状況に応じて、病理学的なものと非病理学的なものに分類されます。遺伝子制御や免疫グロブリンクラススイッチ領域など、様々な生理的事象の中で正常に形成されるRループは非病理的なものと考えられ、ゲノム不安定性をもたらす異常に安定なRループは病理的なものと考えられています。病的なR-loopの形成はまれであるが、一度形成されると転写、mRNAの輸出、突然変異誘発、遺伝子発現の抑制などが完全に阻害される。したがって、R-loopは間接的にゲノムの不安定性を防ぐか誘導するかのどちらかであり、DNA病変の内因的な原因となる可能性がある。R-loop の存在は数十年前に報告されていたが、最近になって試薬の入手が可能になったことで、細胞内での R-loop の形成や分解能についての知見が得られた。R-loopは、転写、mRNAスプライシング、DNA複製、組換え、修復などの重要な生物学的プロセスをつなぐものであるため、ここ数年で非常に大きな関心を集めています。本レビューでは、生化学的、細胞生物学的、分子生物学的なアプローチを用いてR-loopを研究するために現在利用可能な方法論に基づいて、R-loopの形成と分解能に関する最近の進歩に焦点を当ててみたいと思います。

R-loops form when RNA hybridizes with its template DNA generating a three-stranded structure leaving a displaced single strand non-template DNA. During transcription negative supercoiling of DNA behind the advancing RNA polymerase will facilitate the formation of R-loops by the nascent RNA as the DNA is under wound to facilitate transcription. In theory R-loops are classified into pathological and non-pathological depending on the context of its formation. R-loop which are formed normally in various physiological events like in gene regulation and at immunoglobulin class switch regions are considered non-pathological, whereas abnormally stable R-loop which leads to genomic instability are considered pathological. Although pathological R-loop formation is a rare event but once formed completely blocks transcription, mRNA export, elevates mutagenesis, and inhibits gene expression. Hence, R-loop either prevents or induces genomic instability indirectly and are potentially an endogenous source of DNA lesion. Although the existence of R-loop has been reported few decades ago, but only recently we have gained knowledge about its formation and resolution in cells due to the availability of reagents. R-loop biology has generated immense interest in past few years since it connects the important biological processes such as transcription, mRNA splicing, DNA replication, recombination and repair. In this review I will focus on the recent progress made about formation and resolution of R-loop, based on the methodologies that are currently available to study R-loop using biochemical, cell biology and molecular biology approaches.

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