マイクロRNAの協調作用の生化学的基盤

The biochemical basis for the cooperative action of microRNAs.

• Daniel Briskin
• Peter Y Wang
• David P Bartel

抄録

細胞内では、メッセンジャーRNA（mRNA）内の密接に間隔をおいたmicroRNA（miRNA）の標的部位が協調的に作用し、各部位での独立した作用では予想以上に標的mRNAを抑制することができる。精製されたmiRNA-Agonaute（AGO2）複合体、合成標的RNA、および複数のAGOタンパク質と同時に結合できるTNRC6B（ハエではGW182）の精製ドメインを用いて、1つのサイトまたは2つの協調的に間隔をあけたサイトのいずれかを持つmiRNA-AGO2複合体と標的RNAの占有率と結合親和性の両方を調べた。単独では、miRNA-AGO2複合体は、2つのサイトに協調的に結合することはほとんどなかった。対照的に、TNRC6BのAGO結合領域の存在下では、デュアルサイトへの強い協調的結合が観察され、標的RNAの単結合はほとんど見られず、結合親和性およびヒル係数は実質的に増加した。協同的結合は、２つのサイトが２つの異なるｍｉＲＮＡに対するものである場合、または２つのサイトが２つの異なるＡＧＯパラログ、ＡＧＯ１およびＡＧＯ２にロードされたｍｉＲＮＡに結合している場合にも保持された。改善された結合親和性は、主にmiRNA-AGO複合体とそのデュアルサイト標的との間の解離率の低下に起因していた。このように、TNRC6の多価結合により、miRNA-AGO複合体と標的RNAとの協調的な結合が可能となり、協調的な作用の基礎が説明された。

In cells, closely spaced microRNA (miRNA) target sites within a messenger RNA (mRNA) can act cooperatively, leading to more repression of the target mRNA than expected by independent action at each site. Using purified miRNA-Argonaute (AGO2) complexes, synthetic target RNAs, and a purified domain of TNRC6B (GW182 in flies) that is able to simultaneously bind multiple AGO proteins, we examined both the occupancies and binding affinities of miRNA-AGO2 complexes and target RNAs with either one site or two cooperatively spaced sites. On their own, miRNA-AGO2 complexes displayed little if any cooperative binding to dual sites. In contrast, in the presence of the AGO-binding region of TNRC6B, we observed strong cooperative binding to dual sites, with almost no singly bound target RNAs and substantially increased binding affinities and Hill coefficients. Cooperative binding was retained when the two sites were for two different miRNAs or when the two sites were bound to miRNAs loaded into two different AGO paralogs, AGO1 and AGO2. The improved binding affinity was attributable primarily to a reduced rate of dissociation between miRNA-AGO complexes and their dual-site targets. Thus, the multivalent binding of TNRC6 enables cooperative binding of miRNA-AGO complexes to target RNAs, thereby explaining the basis of cooperative action.