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「転移RNA」の版間の差分

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{{Infobox rfam
[[File:Peptide syn.png|thumb|400px|[[リボソーム]]は、一連の[[伝令RNA]]（[[:en: Messenger RNA]]）を読み取り、'''転移RNA'''（[[:en: Transfer RNA]] (TRNA)）に結びついた[[アミノ酸]]から所定の[[タンパク質]]を組み立てる。]]
| Name = tRNA
[[Image:Protein translation.gif|thumb|300px|[[小胞体]]に分泌されるタンパク質を組み立てている[[リボソーム]]]]
| image =
[[Image:TRNA-Phe yeast 1ehz.png|thumb|転移RNAの分子モデル]]
| width =
[[Image:転移ＲＮＡの構造（クローバーリーフ）.png|thumb|転移ＲＮＡの構造（クローバーリーフ）]]
| caption =
'''転移RNA'''（てんいRNA、{{lang|en|transfer RNA}}）は73〜93塩基の長さの小さな[[リボ核酸|RNA]]である。[[リボソーム]]のタンパク質合成部位で[[mRNA]]上の塩基配列（[[コドン]]）を認識し、対応する[[アミノ酸]]を合成中のポリペプチド鎖に転移させるためのアダプター分子である。'''運搬RNA'''、'''トランスファーRNA'''などとも呼ぶが、通常'''tRNA'''と略記される。
| Symbol = t
| AltSymbols =
| Rfam = RF00005
| miRBase =
| miRBase_family =
| RNA_type = [[:en:gene|gene]], [[:en:tRNA|tRNA]]
| Tax_domain =
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| HGNCid =
| OMIM =
| PDB = 3icq, 1asy, 1asz, 1il2, 2tra, 3tra, 486d, 1fir, 1yfg, 3eph, 3epj, 3epk, 3epl, 1efw, 1c0a, 2ake, 2azx, 2dr2, 1f7u, 1f7v, 3foz, 2hgp, 2j00, 2j02, 2ow8, 2v46, 2v48, 2wdg, 2wdh, 2wdk, 2wdm, 2wh1
| RefSeq =
| Chromosome =
| Arm =
| Band =
| LocusSupplementaryData =
}}
'''転移RNA'''（てんいRNA、{{Lang-en-short|transfer RNA}}、'''tRNA'''）は<ref>{{cite journal | vauthors = Plescia OJ, Palczuk NC, Cora-Figueroa E, Mukherjee A, Braun W | title = Production of antibodies to soluble RNA (sRNA) | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 54 | issue = 4 | pages = 1281–1285 | date = October 1965 | pmid = 5219832 | pmc = 219862 | doi = 10.1073/pnas.54.4.1281 | bibcode = 1965PNAS...54.1281P | doi-access = free }}</ref>、通常76–90[[ヌクレオチド]]（[[真核生物]]の場合<ref name="sharp1985">{{cite journal | vauthors = Sharp SJ, Schaack J, Cooley L, Burke DJ, Söll D | title = Structure and transcription of eukaryotic tRNA genes | journal = CRC Critical Reviews in Biochemistry | volume = 19 | issue = 2 | pages = 107–144 | date = 1985 | pmid = 3905254 | doi = 10.3109/10409238509082541 }}</ref>）の[[リボ核酸|RNA]]からなる[[アダプター分子]]であり、遺伝情報を含む[[伝令RNA|mRNA]]とタンパク質の[[アミノ酸]]配列とを物理的に結びつける役割を担う。'''運搬RNA'''、'''トランスファーRNA'''とも呼ばれ、通常'''tRNA'''と略記される。かつてはsRNA（soluble RNA）と呼ばれていた。tRNAは、細胞内の[[リボソーム]]というタンパク質合成機械にアミノ酸を運ぶことでこれを行う。[[伝令RNA]]（メッセンジャーRNA、mRNA）上の3ヌクレオチド[[コドン]]と、tRNA上の3ヌクレオチド[[アンチコドン]]の[[相補的DNA|相補的]]な関係が、mRNA上の[[遺伝コード|コード]]に基づくタンパク質の合成に結びつく。このように、tRNAは、[[遺伝暗号]]に従って新しい[[タンパク質]]を生物学的に合成する[[翻訳 (生物学)|翻訳]]に欠かせない要素である。


==構造==
== 概要 ==
[[File:Peptide syn.svg|thumb|タンパク質合成におけるtRNAとmRNAの相互作用を示す、[[翻訳 (生物学)|翻訳]]のイメージ図。[[リボソーム]] (ribosome) は、一連の[[伝令RNA]] (messenger RNA) を読み取りながら移動し、'''転移RNA (tRNA)''' に結びついた[[アミノ酸]] (amino acid) から所定の[[タンパク質]] (peptide chain) を組み立てる。|400x400ピクセル]]
通常は、D・アンチコドン・Tという3つのアームを持つクローバーリーフと呼ばれる二次構造を持ち、これが折り畳まれて3次元的にはL字型になる。L字の長い側の先端にはアンチコドンがあり[[mRNA]]上の[[コドン]]と対合する。短い側の先端にはアミノ酸が結合しポリペプチド合成に用いられる。tRNAの塩基は化学修飾を受けているものも多く、なかでも[[メチル化]]は頻繁に見られる。
mRNA上に示されたヌクレオチド配列は、そのmRNAに転写された遺伝子のタンパク質産物にどの[[アミノ酸]]が組み込まれるかを特定する。これに対し、tRNAの役割は、遺伝暗号のどの配列がどのアミノ酸に対応するかを特定することである<ref name="crick">{{cite journal | vauthors = Crick FH | title = The origin of the genetic code | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 38 | issue = 3 | pages = 367–379 | date = December 1968 | pmid = 4887876 | doi = 10.1016/0022-2836(68)90392-6 | s2cid = 4144681 }}</ref>。mRNAは、一連の連続したコドンとしてタンパク質をコード化し、それぞれのコドンは特定のtRNAによって識別される。tRNAの一端は、[[アンチコドン]]という3ヌクレオチド配列による遺伝暗号に一致する。このアンチコドンは、[[タンパク質生合成]]の際に、mRNA上のコドンと[[相補性 (分子生物学)|相補的]]な3[[塩基対]]を形成する。

tRNAのもう一方の端には、アンチコドン配列に対応するアミノ酸が[[共有結合]]している。個々の種類のtRNA分子は、それぞれ1種類のアミノ酸にしか結合できないため、各々の生物は多くの種類のtRNAを持っている。遺伝暗号には同じアミノ酸を指定する複数のコドンがあるため、同じアミノ酸を運ぶのにもかかわらず異なるアンチコドンを持つ異なるtRNA分子が存在する。

tRNAの{{Ill2|方向性 (分子生物学)|en|Directionality (molecular biology)|label=3'末端}}への共有結合は、[[アミノアシルtRNA合成酵素]]と呼ばれる酵素によって[[触媒]]される。タンパク質合成の際、アミノ酸が結合したtRNAは、{{Ill2|伸長因子|en|Elongation factor}}と呼ばれるタンパク質によって[[リボソーム]]に運ばれる。伸長因子は、tRNAとリボソームの結合、新しいポリペプチドの合成、およびmRNAに沿ったリボソームのトランスロケーション（転移）を助ける。tRNAのアンチコドンがmRNAと一致すると、すでに[[転移RNA#Binding to ribosome|リボソームに結合]]している別のtRNAが、成長中の[[ポリペプチド鎖]]を自身の3'末端から、新たに運ばれたtRNAの3'末端に結合したアミノ酸に転移させ、リボソームがこの反応を触媒する。tRNA分子内に含まれる多くのヌクレオチドは、しばしば[[メチル化]]や[[脱アミド]]といった{{Ill2|化学修飾|en|Chemical modification}}を受けていることがある。こうした特殊な塩基は、tRNAとリボソームの相互作用に影響を与えることもあれば、アンチコドンで発生して[[塩基対|塩基対合]]の特性を変化させることもある<ref name="Stryer2002">{{cite book |vauthors=Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL | title = Biochemistry | publisher = W. H. Freeman | location = San Francisco | year = 2002 | edition = 5th | isbn = 978-0-7167-4955-4 | url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21154/ }}</ref>。

== {{Anchors|Structure}}構造 ==
[[File:TRNA-Phe yeast en.svg|thumb|酵母由来tRNA<sup>Phe</sup>のクローバーリーフ (葉) 二次構造。修飾塩基は青で示される。]]
[[File:TRNA-Phe yeast 1ehz.png|thumb|tRNAの三次構造。<span style="color:#E4D00A;">''CCA尾部''</span>は黄色、<span style="color:purple;">''アクセプターステム''</span>は紫、<span style="color:orange;">''可変ループ''</span>はオレンジ、<span style="color:red;">''Dアーム''</span>は赤、<span style="color:blue;">''アンチコドンアームは青''</span>、アンチコドンは黒、<span style="color:green;">''Tアーム''</span>は緑で表示。]]
[[File:Trna.gif|thumb|酵母由来のフェニルアラニン-tRNA（PDB ID {{PDBj|1ehz}}）の構造を示す3DアニメーションGIF。白線は水素結合による塩基対合を示す。この図の向きでは、アクセプターステムが上側、アンチコドンが下側にある<ref name="tRNA proteopedia">{{cite web |url=https://proteopedia.org/wiki/index.php/Transfer_RNA_%28tRNA%29| title=Transfer RNA (tRNA) | author=<!--Not stated--> | website=Proteopedia.org | access-date= 7 November 2018}}</ref>。]]
tRNAの構造は、[[一次構造]]、[[二次構造]]（通常クローバー葉構造（''cloverleaf structure''）として視覚化）、および[[三次構造]]（すべての種類のtRNAは、[[リボソーム]]の{{Ill2|P部位|en|P-site}}および{{Ill2|A部位|en|A-site}}に適合するように、同様のL字型の三次元構造を持っている）に分解することができる<ref name="itoh">{{cite journal | vauthors = Itoh Y, Sekine S, Suetsugu S, Yokoyama S | title = Tertiary structure of bacterial serenocysteine tRNA | journal = Nucleic Acids Research | volume = 41 | issue = 13 | pages = 6729–6738 | date = July 2013 | pmid = 23649835 | pmc = 3711452 | doi = 10.1093/nar/gkt321 }}</ref>。クローバー葉構造は、一般的な[[核酸の三次構造|RNAの三次構造]][[モチーフ (生物学)|モチーフ]]であるヘリックス（らせん）の[[同軸的スタッキング]]によって、L字型の三次元構造に折り畳まれる。 tRNA分子の各アーム（腕）の長さ、およびループの直径は、生物種によって異なる<ref name="itoh" /><ref name="goodenbour2006">{{cite journal | vauthors = Goodenbour JM, Pan T | title = Diversity of tRNA genes in eukaryotes | journal = Nucleic Acids Research | volume = 34 | issue = 21 | pages = 6137–6146 | date = 29 October 2006 | pmid = 17088292 | pmc = 1693877 | doi = 10.1093/nar/gkl725 | url = }}</ref>。tRNAの構造は次のものからなる。

;5′末端リン酸基
:{{Ill2|方向性 (分子生物学)|en|Directionality (molecular biology)|label=5′末端}}は[[リン酸塩|リン酸]]基を持つ。
;アクセプターステム
;アクセプターステム
:アクセプターステムは、L字型の短い側に相当し、5′末端ヌクレオチドと3′末端ヌクレオチド（アミノ酸を結合するために用いるCCA 3′末端基を含む）が塩基対を形成した7–9塩基対（bp）のステム（幹）である。一般に、このような3′末端tRNA様構造は「ゲノムタグ（''genomic tags''）」と呼ばれる。アクセプターステムは、非ワトソン=クリック型塩基対を含むことがある<ref name="itoh" /><ref>{{cite journal | vauthors = Jahn M, Rogers MJ, Söll D | title = Anticodon and acceptor stem nucleotides in tRNA(Gln) are major recognition elements for E. coli glutaminyl-tRNA synthetase | journal = Nature | volume = 352 | issue = 6332 | pages = 258–260 | date = July 1991 | pmid = 1857423 | doi = 10.1038/352258a0 | bibcode = 1991Natur.352..258J | s2cid = 4263705 }}</ref>。
:L字型の短い側に相当する。一次構造上の両末端が対合しているが、ゆらぎ塩基対を含む場合がある。5'末端は[[リン酸基]]を持つ。3'末端側はCCAの3塩基が突出し、末端の[[アデノシン]]残基にアミノ酸が共有結合する。CCA配列は殆どの[[真正細菌]]ではtRNA本体と同様に遺伝子から転写されるが、[[真核生物]]と[[古細菌]]においては転写後にCCA付加酵素によって付加される。古細菌ではクラスI-CCA付加酵素、真核生物（と一部の真正細菌）ではクラスII-CCA付加酵素によって行われる。
;3′末端CCA尾部
:CCA尾部は、tRNA分子の3′末端にある[[シトシン]]-シトシン-[[アデニン]]配列のことである。{{Ill2|アミノアシルtRNA|en|Aminoacyl-tRNA}}を形成するために[[アミノアシルtRNA合成酵素]]によってtRNAにロードされたアミノ酸は、CCA尾部の3′ヒドロキシル基と共有結合している<ref name="ibba">{{cite journal | vauthors = Ibba M, Soll D | title = Aminoacyl-tRNA synthesis | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 69 | issue = 1 | pages = 617–650 | date = June 2000 | pmid = 10966471 | doi = 10.1146/annurev.biochem.69.1.617 }}</ref>。この配列は、酵素によるtRNAの認識に重要であり、翻訳において重要な意味を持っている<ref name="pmid392600">{{cite journal | vauthors = Sprinzl M, Cramer F | title = The -C-C-A end of tRNA and its role in protein biosynthesis | journal = Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology | volume = 22 | pages = 1–69 | date = 1979 | pmid = 392600 | doi = 10.1016/s0079-6603(08)60798-9| isbn = 978-0-12-540022-0 }}</ref><ref name="pmid9242921">{{cite journal | vauthors = Green R, Noller HF | title = Ribosomes and translation | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 66 | pages = 679–716 | date = 1997 | pmid = 9242921 | doi = 10.1146/annurev.biochem.66.1.679 }}</ref>。[[原核生物]]では、一部のtRNA配列にCCA配列が転写される。ほとんどの原核生物のtRNAや[[真核生物]]のtRNAでは、[[プロセシング]]中にCCA配列が付加されるため、tRNA遺伝子には現れない<ref>{{cite journal | vauthors = Aebi M, Kirchner G, Chen JY, Vijayraghavan U, Jacobson A, Martin NC, Abelson J | title = Isolation of a temperature-sensitive mutant with an altered tRNA nucleotidyltransferase and cloning of the gene encoding tRNA nucleotidyltransferase in the yeast Saccharomyces cerevisiae | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 265 | issue = 27 | pages = 16216–16220 | date = September 1990 | doi = 10.1016/S0021-9258(17)46210-7 | pmid = 2204621 | display-authors = etal | doi-access = free }}</ref>。
;Dアーム
;Dアーム
:L字型の長い側の基部に相当し、アンチコドンアームに対して上流側の[[ステムループ]]である。Dループ-Tループの相互作用は三次構造形成に重要である。[[アミノアシルtRNA合成酵素]]によって認識される部位だと考えられている{{要出典|date=2009年3月}}。[[修飾塩基]]として[[ジヒドロウリジン]](D)を含むことが多い。
:{{Ill2|Dアーム|en|D arm}}は、4–6 bpのステムで、L字型の長い側の基部に相当する。しばしば修飾塩基として[[ジヒドロウリジン]]を含むループで終わる<ref name="itoh" />。
;アンチコドンアーム
;アンチコドンアーム
:アンチコドンアームは、5 bpのステムで、ループに[[アンチコドン]]を含む<ref name="itoh" />。L字型の長い側の先端に相当する。tRNAの5'側から3'側への一次構造にはアンチコドンが含まれているが、mRNAを5′側から3′側へと読むためには3′側から5′側への方向性が必要なため、その順序が逆になっている。
:L字型の長い側の先端に相当するステムループであり、ループ中に[[コドン]]と対合するアンチコドンが存在する。アンチコドンの1文字目には様々な修飾塩基が見られ、コドン認識に重要な役割を担っている。アンチコドンの3'側に隣接する37位も頻繁に修飾を受ける。
;Tアーム
;Tアーム
:{{Ill2|Tアーム|en|T arm}}は、4–5 bpのステムで、TΨCという配列を含むループで終わる。Ψは[[シュードウリジン]]で、修飾された[[ウリジン]]のことである<ref name="itoh" />。L字型の関節部に相当する。
:L字型の関節部に相当し、アンチコドンアームに対して下流側のステムループである。[[リボソーム]]によって認識される部位だと考えられている{{要出典|date=2009年3月}}。典型的なtRNAではループ中にTΨCという[[保存配列]]があり、RNAであるにも関わらず修飾塩基として[[チミジン]](T, 正確には[[リボチミジン]](rT)または[[5-メチルウリジン]](m<sup>5</sup>U))を含むことが多い。T、Ψ([[シュードウリジン]])とも生物種によってはそれらの類縁体になっていることもある。
;修飾塩基
:tRNA全体のいくつかの位置には、特に[[メチル化]]（例:  {{Ill2|tRNA(グアニン-N7)-)-メチルトランスフェラーゼ|en|tRNA (guanine-N7-)-methyltransferase}}による）によって修飾された塩基が存在する。最初のアンチコドン塩基、すなわち「ゆらぎ位置（''wobble-position''）」は、[[イノシン]]（アデニン由来）、{{Ill2|キューオシン|en|Queuosine}}（グアニン由来）、ウリジン-5-オキシ酢酸（ウラシル由来）、5-メチルアミノメチル-2-チオウリジン（ウラシル由来）、{{Ill2|ライシジン|en|Lysidine (nucleoside)}}（シトシン由来）に修飾されることがある<ref name="mccloskey">{{cite journal| vauthors = McCloskey JA, Nishimura S |title=Modified nucleosides in transfer RNA|journal=Accounts of Chemical Research|date=November 1977|volume=10|issue=11|pages=403–410|doi=10.1021/ar50119a004}}</ref>。


== {{Anchors|Anticodon}}アンチコドン ==
[[セレノシステイン]]-tRNAと、[[ピロリシン]]-tRNA は例外的に他のtRNAにない様々な特徴を持つ。
アンチコドン（''anticodon''）は 3ヌクレオチドからなる単位であり、[[mRNA]][[遺伝暗号|コドン]]の3塩基に対応する<ref>{{cite journal | vauthors = Felsenfeld G, Cantoni GL | title = Use of thermal denaturation studies to investigate the base sequence of yeast serine sRNA | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 51 | issue = 5 | pages = 818–826 | date = May 1964 | pmid = 14172997 | pmc = 300168 | doi = 10.1073/pnas.51.5.818 | bibcode = 1964PNAS...51..818F | doi-access = free }}</ref>。それぞれの種類のtRNAは、固有のアンチコドンの3連配列<!-- anticodon triplet sequence -->を持ち、アミノ酸に関する1つまたは複数のコドンに対して3つの[[相補性 (分子生物学)|相補的]]な[[塩基対]]を形成することができる。アンチコドンの中には、[[ゆらぎ塩基対]]によって複数のコドンと対をなすものもある。アンチコドンの最初のヌクレオチドは、mRNAには存在しない[[イノシン]]であることが多く、対応するコドン位置の複数の塩基と[[水素結合]]することができる<ref name="Stryer2002" />{{rp|29.3.9}}。[[遺伝暗号]]{{Enlink|Genetic code|英語版|en}}では一般的に、4種類の塩基と3つの位置によるすべての組み合わせ、あるいは少なくとも[[ピリミジン|ピリミジン塩基]]と[[プリン (化学)|プリン塩基]]の両方によって、1つのアミノ酸が特定される。たとえば、アミノ酸の[[グリシン]]は、GGU、GGC、GGA、GGGというコドン配列でコードされている。また、[[ミトコンドリア]]のように、最初のアンチコドンの位置（ゆらぎ位置（''wobble position''）と呼ばれる）に別の修飾ヌクレオチドが現れて、遺伝暗号に微妙な変化を与えることもある<ref>{{cite journal | vauthors = Suzuki T, Suzuki T | title = A complete landscape of post-transcriptional modifications in mammalian mitochondrial tRNAs | journal = Nucleic Acids Research | volume = 42 | issue = 11 | pages = 7346–7357 | date = June 2014 | pmid = 24831542 | pmc = 4066797 | doi = 10.1093/nar/gku390 }}</ref>。標準遺伝暗号には61個の[[センス (分子生物学)|センス]]コドンがあるので、tRNA分子をアミノ酸を指定するコドンと1対1で対応させるには、細胞あたり61種類のtRNAを持つ必要がある。しかし、ゆらぎ塩基は、特定のアミノ酸を指定するコドンのすべてというわけではないが、いくつかのコドンと結合することができるため、多くの細胞は61種類未満のtRNAしか持っていない。61個のセンスコドンをすべて明確に翻訳するためには、少なくとも31個のtRNAが必要である<ref name="crick" /><ref>Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. (2004). ''Molecular Biology of the Cell''. WH Freeman: New York. 5th ed.{{ISBN?|date=April 2019}}{{page needed|date=April 2019}}</ref>。


== {{Anchors|Aminoacylation}}アミノアシル化 ==
==アンチコドン==
{{see also|{{ill2|アミノアシルtRNA|en|Aminoacyl-tRNA}}}}
{{正確性|section=1|date=2008年3月}}
{{Ill2|アミノアシル化|en|Aminoacylation}}は、化合物にアミノアシル基を付加する過程であり、tRNA分子のCCA 3′末端に[[アミノ酸]]を共有結合させる。それぞれのtRNAは、[[アミノアシルtRNA合成酵素]]によって特定のアミノ酸が結合し、アミノアシル化される。1つのアミノ酸に対して複数のtRNAと複数のアンチコドンが存在する可能性があるという事実にもかかわらず、通常、各アミノ酸に対して1つのアミノアシルtRNA合成酵素が存在する。この合成酵素が適切なtRNAを認識するのは、アンチコドンのみを介して行われるだけではなく、アクセプターステムが重要な役割を果たすことが多い<ref name="pmid7692438">{{cite journal | vauthors = Schimmel P, Giegé R, Moras D, Yokoyama S | title = An operational RNA code for amino acids and possible relationship to genetic code | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 90 | issue = 19 | pages = 8763–8768 | date = October 1993 | pmid = 7692438 | pmc = 47440 | doi = 10.1073/pnas.90.19.8763 | bibcode = 1993PNAS...90.8763S | doi-access = free }}</ref>。


反応：
[[mRNA]]上の[[コドン]]と対合する3塩基を[[アンチコドン]]と呼ぶ。例えばAAAというコドンは[[リジン]]をコードしているが、これに対応するリジンtRNAのアンチコドンはUUUとなっている。しかしこの対応関係は1対1とは限らず、1つのアンチコドンが同じアミノ酸をコードする複数のコドンを認識する場合がある。仮に1対1だとすれば61種のtRNAが必要になるが、通常はこれよりも少ない種類のtRNAしか存在しない。
#アミノ酸 + [[:en:Adenosine triphosphate|ATP]] → アミノアシルAMP + [[ピロリン酸塩|PPi]]
# アミノアシルAMP + tRNA → アミノアシルtRNA + [[アデニル酸|AMP]]
ある種の生物では、1つまたは複数のアミノリン酸tRNA合成酵素<!-- aminophosphate-tRNA synthetases -->が欠損していることがある。この結果、化学的に関連するアミノ酸がtRNAに''結合する''が、1つまたは複数の酵素を使用してtRNAが正しく''結合す''るように修正される。たとえば、[[ヘリコバクター・ピロリ]]では、グルタミニルtRNA合成酵素<!-- glutaminyl tRNA synthetase -->が欠損している。そのため、グルタミン酸tRNA合成酵素が、tRNA-グルタミン（tRNA<sup>Gln</sup>）に[[グルタミン酸]]を結合する。次に、アミド基トランスフェラーゼがグルタミン酸の酸側鎖をアミドに変換して、正しく結合したGln-tRNA<sup>Gln</sup>が形成される。


アミノアシル化の阻害は、ある種の疾患を治療する方法として有効となる可能性がある。たとえば、がん細胞は、健康な細胞と比較して、アミノアシル化の阻害に対して比較的脆弱な可能性がある。がんおよびウイルス生物学に関連するタンパク質合成は、特定のtRNA分子に大きく依存していることが多い。たとえば、[[肝臓がん]]の場合、tRNA<sup>Lys</sup><sub>CUU</sub>に[[リジン]]を結合することで肝臓がん細胞の増殖や転移を維持しているが、健康な細胞では、細胞生理を維持するための、このtRNAに対する依存度ははるかに低い<ref name="pmid33084231">{{cite journal | vauthors = Zhang R, Noordam L, Ou X, Ma B, Li Y, Das P, Shi S, Liu J, Wang L, Li P, Verstegen MM, Reddy DS, van der Laan LJ, Peppelenbosch MP, Kwekkeboom J, Smits R, Pan Q | title = The biological process of lysine-tRNA charging is therapeutically targetable in liver cancer |journal = Liver Int. | volume = 41 | issue = 1 | pages = 206–219 | date = January 2021 | pmid = 33084231 | pmc = 7820958 | doi = 10.1111/liv.14692 }}</ref>。同様に、E型肝炎ウイルスは、感染していない細胞とは大きく異なるtRNA組成を必要とする<ref name="pmid 32133647">{{cite journal | vauthors = Ou X, Ma B, Zhang R, Miao Z, Cheng A, Peppelenbosch MP, Pan Q | title = A simplified qPCR method revealing tRNAome remodeling upon infection by genotype 3 hepatitis E virus | journal = FEBS Letters | volume = 594 | issue = 12 | pages = 2005–2015 | date = June 2020 | pmid = 32133647 | doi = 10.1002/1873-3468.13764 | doi-access = free }}</ref>。したがって、特定のtRNA種のアミノアシル化を阻害することは、多くの疾患を合理的に治療する有望な新しい手段と考えられている。
アンチコドンの1文字目は化学修飾により[[イノシン]](I)または[[シュードウリジン]](Ψ)になっている場合がある。これらの修飾塩基は複数の塩基と水素結合を形成できるため、こうしたtRNAは3文字目だけが異なる複数のコドンを認識できる。例えば[[グリシン]]をコードするコドンは、GGU・GGC・GGA・GGGの4つだが、アンチコドンの1文字目が化学修飾されていれば1つのtRNAで4つのコドンを読むことが可能である。


== {{Anchors|Binding to ribosome}}リボソームへの結合 ==
tRNAはそれぞれ特定のアミノ酸としか結合しないが、[[遺伝暗号]]が縮重しているため、異なるアンチコドンを持つtRNAが同じアミノ酸と結合する場合がある。1つのアミノ酸に対して2種類以上のtRNAが存在し、1つのtRNAは複数の[[コドン]]に対応しうるため、30から40種のtRNAが1つの翻訳系で使われる。
[[File:Transfer RNA morph AT to PE conformation.ogv|thumb|リボソーム上のA/TサイトからP/Eサイトへと移動する際にtRNAがとる立体構造の範囲を示すアニメーション動画。Protein Data Bank (PDB) コードは、アニメーションの終点に用いた構造モデルのものである。どのtRNAも大腸菌由来フェニルアラニン特異的tRNAとしてモデリングされており、A/T tRNAに関しては登録構造のホモロジーモデリングによって作成されたものである。色分けは、[[#Structure|tRNAの三次構造]]における各部位を示す。引用元<ref>{{cite journal | vauthors = Dunkle JA, Wang L, Feldman MB, Pulk A, Chen VB, Kapral GJ, Noeske J, Richardson JS, Blanchard SC, Cate JH | title = Structures of the bacterial ribosome in classical and hybrid states of tRNA binding | journal = Science | volume = 332 | issue = 6032 | pages = 981–984 | date = May 2011 | pmid = 21596992 | pmc = 3176341 | doi = 10.1126/science.1202692 | bibcode = 2011Sci...332..981D }}</ref>。]]


[[リボソーム]]には、2つの[[リボソーム#分布・構造|リボソームサブユニット]]間にまたがるtRNA結合部位として、{{Ill2|A部位|en|A-site}}（aminoacyl、アミノアシル）<ref name="pmid14681588">{{cite journal | vauthors = Konevega AL, Soboleva NG, Makhno VI, Semenkov YP, Wintermeyer W, Rodnina MV, Katunin VI | title = Purine bases at position 37 of tRNA stabilize codon-anticodon interaction in the ribosomal A site by stacking and Mg2+-dependent interactions | journal = RNA | volume = 10 | issue = 1 | pages = 90–101 | date = January 2004 | pmid = 14681588 | pmc = 1370521 | doi = 10.1261/rna.5142404 }}</ref>、{{Ill2|P部位|en|P-site}}（peptidyl、ペプチジル）、{{Ill2|E部位|en|E-site}}（exit、出口）という3つの部位がある。さらにリボソームには、[[mRNA]]の解読時や[[翻訳 (生物学)|タンパク質合成]]の開始時に使用されるtRNAの結合部位が2つあり、これらはT部位（伸長因子[[EF-Tu]]と命名）とI部位（initiation、開始）と呼ばれる<ref name="Agirrezabala">{{cite journal | vauthors = Agirrezabala X, Frank J | title = Elongation in translation as a dynamic interaction among the ribosome, tRNA, and elongation factors EF-G and EF-Tu | journal = Quarterly Reviews of Biophysics | volume = 42 | issue = 3 | pages = 159–200 | date = August 2009 | pmid = 20025795 | pmc = 2832932 | doi = 10.1017/S0033583509990060 }}</ref><ref name="Allen">{{cite journal | vauthors = Allen GS, Zavialov A, Gursky R, Ehrenberg M, Frank J | title = The cryo-EM structure of a translation initiation complex from Escherichia coli | journal = Cell | volume = 121 | issue = 5 | pages = 703–712 | date = June 2005 | pmid = 15935757 | doi = 10.1016/j.cell.2005.03.023 | s2cid = 16146867 | doi-access = free }}</ref>。慣例により、tRNA結合部位の表記は、リボソーム小サブユニット上の部位を先に記し、リボソーム大サブユニット上の部位を後に記す。たとえば、A部位はA/A、P部位はP/P、E部位はE/Eと表記されることが多い<ref name="Agirrezabala" />。A部位やP部位におけるL27、L2、L14、L15、L16などの結合タンパク質は、A. P. Czernilofsky et al.によるアフィニティーラベリングによって決定されている（''Proc. Natl. Acad. Sci, USA'', pp.&nbsp;230–234, 1974）。
==アミノアシル化==
tRNAの3'末端にあるCCAの[[アデノシン]]残基には、tRNAごとに特定のアミノ酸が結合してアミノアシルtRNAとなる。この反応をアミノアシル化といい、[[アミノアシルtRNA合成酵素]]によって触媒される。通常はアミノ酸ごとに1種類のアミノアシルtRNA合成酵素が存在しており、アンチコドンが異なる複数のtRNAを1種の酵素が認識してアミノアシル化を触媒している。コドンとアミノ酸の正確な対応には、tRNAと[[アミノアシルtRNA合成酵素]]の特異的な相互作用が必須となる。この対応関係はアンチコドンだけを認識して決定しているわけではないらしい。


翻訳開始<!--translation initiation-->が完了すると、最初のアミノアシルtRNAがP/P部位に位置し、次に述べる伸長サイクルの準備が整う。翻訳が伸長する過程では、まずtRNAが伸長因子Tu（[[EF-Tu]]）、もしくは真核生物や古細菌におけるその対応物（それぞれ{{Ill2|eEF-1|en|eEF-1}}、aEF-1）との複合体を形成してリボソームに結合する。この最初のtRNA結合部位をA/T部位と呼ぶ。A/T部位では、A部位と呼ぶ半分がmRNA解読部位があるリボソーム小サブユニットに存在する。mRNA解読部位は、翻訳の際に[[mRNA]]の[[コドン]]を読み出す場所である。T部位と呼ぶもう半分は主にリボソーム大サブユニットに存在し、EF-TuまたはeEF-1がリボソームと相互作用する。mRNAの解読が完了すると、アミノアシルtRNAはA/A部位に結合し、それに結合したアミノ酸に次の[[細菌の翻訳#伸長|ペプチド結合]]を形成する準備が整う<ref name="PTC">{{cite journal | vauthors = Tirumalai MR, Rivas M, Tran Q, Fox GE | title = The Peptidyl Transferase Center: a Window to the Past | journal = Microbiol Mol Biol Rev | volume = 85 | issue = 4 | pages = e0010421 | date = November 2021 | pmid = 34756086 | pmc = 8579967 | doi = 10.1128/MMBR.00104-21| pmc-embargo-date = November 10, 2022 }}</ref>。A/A部位に結合したアミノアシルtRNAに成長するポリペプチドを転移させるペプチジルtRNAは、P/P部位に結合する。ペプチド結合が形成されると、P/P部位のtRNAはアシル化、すなわち[[転移RNA#Structure|3'末端が遊離]]し、A/A部位のtRNAは成長中のポリペプチド鎖を解離させる。次の伸長サイクルを可能にするため、tRNAは次にA/P・P/E混成の結合部位を移動し、サイクルを完了してP/P・E/E部位に位置するようになる。A/A・P/P部位のtRNAがP/P・E/E部位に移動すると、mRNAも[[コドン]]1つ分だけ移動し、A/T部位が空き、次のmRNA解読のための準備が整う。そして、E/E部位に結合したtRNAはリボソームから離脱する。
==tRNA遺伝子==
[[ゲノム]]中のtRNA遺伝子の数は生物により様々である。[[線虫]][[C. elegans]]の核ゲノムには全部で19000遺伝子があるが、そのうち659がtRNAをコードしている<ref>Hartwell LH, Hood L, Goldberg ML, Reynolds AE, Silver LM, Veres RC. (2004). ''Genetics: From Genes to Genomes'' 2nd ed. McGraw-Hill: New York, NY. p 264.</ref>。[[出芽酵母]]では275である。[[ヒト]]では497個が知られており、アンチコドンごとに整理すると49種となる。またヒトのゲノム中にはtRNA由来の[[偽遺伝子]]が324個見つかっている<ref name=Lander>{{cite journal |author=Lander E. et al. |title=Initial sequencing and analysis of the human genome |journal=Nature |volume=409 |issue=6822 |pages=860-921 |year=2001 |pmid=11237011}}</ref>。


実際には、アミノアシルtRNAが最初に結合するのはP/I部位で、細菌では{{Ill2|細菌性翻訳開始因子2|en|Bacterial initiation factor 2|label=IF2}}と呼ばれる開始因子によって送達される<ref name="Allen" />。しかし、真核生物や古細菌の[[リボソーム]]におけるP/I部位の存在はまだ確認されていない。P部位におけるタンパク質L27は、E. Collatz and A. P. Czernilofskyによるアフィニティーラベリングによって決定されている（''FEBS Lett.'', Vol. 63, pp.&nbsp;283–286, 1976）。
真核生物では、[[mRNA]]が[[RNAポリメラーゼII]]により転写されるのに対し、tRNAはRNAポリメラーゼIIIによって転写される。その後[[Pre-tRNA スプライシング]]や塩基修飾を経て成熟型のtRNA分子へと加工される。


== {{Anchors|tRNA genes}}tRNA遺伝子 ==
==訳語について==
[[ゲノム]]に含まれるtRNA[[遺伝子]]の数は、生物によってさまざまである。たとえば、[[遺伝学]]の研究で一般的なモデル生物である線虫[[カエノラブディティス・エレガンス]]（''C. elegans''）は、[[細胞核|核]]ゲノムに29,647個の遺伝子を持ち<ref>WormBase web site, http://www.wormbase.org {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170420234209/http://www.wormbase.org/ |date=2017-04-20 }}, release WS187, date 25-Jan-2008.</ref>、そのうち620個がtRNAをコードしている<ref>{{cite journal | vauthors = Spieth J, Lawson D | title = Overview of gene structure | journal = WormBook | pages = 1–10 | date = January 2006 | pmid = 18023127 | pmc = 4781370 | doi = 10.1895/wormbook.1.65.1 }}</ref><ref>Hartwell LH, Hood L, Goldberg ML, Reynolds AE, Silver LM, Veres RC. (2004). ''Genetics: From Genes to Genomes'' 2nd ed. McGraw-Hill: New York. p. 264.</ref>。[[出芽酵母]]（''Saccharomyces cerevisiae''）は、ゲノム中に275個のtRNA遺伝子を含む。

2013年1月の推計によると、[[ヒトゲノム]]ではタンパク質コード遺伝子が合計で約20,848個あり<ref>Ensembl release 70 - Jan 2013 http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Info/StatsTable?db=core {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20131215071631/http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Info/StatsTable?db=core |date=2013-12-15 }}</ref>、細胞質tRNA分子をコードする核遺伝子が497個、tRNA由来の[[偽遺伝子]]（もはや機能しないと考えられているtRNA遺伝子<ref name="Lander">{{cite journal | vauthors = Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, etal | collaboration = International Human Genome Sequencing Consortium | title = Initial sequencing and analysis of the human genome | journal = Nature | volume = 409 | issue = 6822 | pages = 860–921 | date = February 2001 | pmid = 11237011 | doi = 10.1038/35057062 | bibcode = 2001Natur.409..860L | url = https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/62798/1/409860a0.pdf | doi-access = free }}</ref>）が324個ある（ただし、偽tRNAは細菌の[[抗生物質耐性]]に関与していることが示されている<ref name="Rogers12">{{cite journal | vauthors = Rogers TE, Ataide SF, Dare K, Katz A, Seveau S, Roy H, Ibba M | title = A pseudo-tRNA modulates antibiotic resistance in Bacillus cereus | journal = PLOS ONE | volume = 7 | issue = 7 | pages = e41248 | year = 2012 | pmid = 22815980 | pmc = 3399842 | doi = 10.1371/journal.pone.0041248 | bibcode = 2012PLoSO...741248R | doi-access = free }}</ref>）。すべての真核生物と同様に、ヒトには22個の[[ミトコンドリア]]<nowiki/>tRNA遺伝子がある<ref>''Ibid.'' p. 529.</ref>{{Full citation needed|date=May 2021}}。これらの遺伝子の変異のいくつかは、[[MELAS|MELAS症候群]]のような重篤な疾患と関連している。また、核[[染色体]]には、ミトコンドリアtRNA遺伝子と配列が非常に類似した領域が特定されている（tRNA-lookalikes、tRNA類似遺伝子）<ref name="Telonis14">{{cite journal | vauthors = Telonis AG, Loher P, Kirino Y, Rigoutsos I | title = Nuclear and mitochondrial tRNA-lookalikes in the human genome | journal = Frontiers in Genetics | volume = 5 | page = 344 | year = 2014 | pmid = 25339973 | pmc = 4189335 | doi = 10.3389/fgene.2014.00344 | doi-access = free }}</ref>。これらのtRNA類似遺伝子はまた、{{Ill2|NUMT|en|NUMT|label=核ミトコンドリアDNA}}（ミトコンドリアから核に移された遺伝子）の一部とも考えられている<ref name="Telonis14" /><ref name="Ramos11">{{cite journal | vauthors = Ramos A, Barbena E, Mateiu L, del Mar González M, Mairal Q, Lima M, Montiel R, Aluja MP, Santos C | title = Nuclear insertions of mitochondrial origin: Database updating and usefulness in cancer studies | journal = Mitochondrion | volume = 11 | issue = 6 | pages = 946–953 | date = November 2011 | pmid = 21907832 | doi = 10.1016/j.mito.2011.08.009 | display-authors = etal }}</ref>。こうした、ミトコンドリアtRNAの核内コピーが複数存在する現象は、ヒトから[[オポッサム]]まで多くの高等生物で観察されており<ref name="Telonis15-look">{{cite journal | vauthors = Telonis AG, Kirino Y, Rigoutsos I | title = Mitochondrial tRNA-lookalikes in nuclear chromosomes: Could they be functional? | journal = RNA Biol | volume = 12 | issue = 4 | year = 2015 | pages = 375–380 | pmid = 25849196 | pmc = 4615777 | doi = 10.1080/15476286.2015.1017239 }}</ref>、類似遺伝子が機能している可能性を示唆している。

細胞質tRNA遺伝子は、アンチコドンの特徴によって49種類のファミリーに分類される。これらの遺伝子は、22番染色体とY染色体を除くすべての染色体上に見られる。また、1番染色体だけでなく、6番染色体<!-- 6p (6番染色体短腕) -->にも大規模クラスター<!-- high clustering -->（140個のtRNA遺伝子）が観察されている<ref name="Lander" />。

{{Ill2|HUGO遺伝子命名法委員会|en|HUGO Gene Nomenclature Committee|label=HGNC}}は、ゲノムtRNAデータベース（[http://gtrnadb.ucsc.edu/ GtRNAdb]）やこの分野の専門家と共同で、tRNAをコードするヒト遺伝子に対する固有の名称を承認した。

=== {{Anchors|Evolution}}進化 ===
tRNAの上半分（Tアームと、5'末端リン酸基と3'末端CCA基を持つアクセプターステムからなる）と下半分（Dアームと、アンチコドンアームからなる）は、構造的にも機能的に独立したユニットである。上半分は、初期の[[RNAワールド]]における複製用のtRNA様分子を標識付けていた可能性がある3′末端のゲノムタグを含めて、最初に進化したかもしれない。下半分は、たとえばRNAワールドでタンパク質合成として始まり、{{Ill2|RNPワールド|en|RNP world|label=リボ核タンパク質ワールド}}に変わったように、後から拡張する形で進化したのかもしれない。これはゲノムタグ仮説（''genomic tag hypothesis''）として提案されたシナリオである。実際、tRNAやtRNA様凝集体は、現在でも複製における重要な触媒的な影響力（すなわち[[リボザイム]]）を果たしている。これらの役割は、RNAワールドの「[[分子化石]]（あるいは化学化石）」と見なすことができる<ref name="MW_GenomicTag">Nancy Maizels and Alan M. Weiner: [http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.708.7795 The Genomic Tag Hypothesis – What Molecular Fossils Tell Us about the Evolution of tRNA], in: The RNA World, Second Edition. 1999 Cold Spring Harbor Laboratory Press {{ISBN2|978-0-87969-561-3}}/99, [http://rna.cshl.edu/content/free/chapters/03_rna_world_2nd.pdf PDF]</ref>。

ゲノムtRNA含有量は、生命の生物学的ドメイン間でゲノムを区別する特徴である。古細菌は、ゲノムtRNA含有量が最も単純で、遺伝子のコピー数が均一であるのに対し、細菌は中間的で、真核生物は最も複雑な状況を示す<ref name="evamaria">{{cite journal | vauthors = Novoa EM, Pavon-Eternod M, Pan T, Ribas de Pouplana L | title = A role for tRNA modifications in genome structure and codon usage | journal = Cell | volume = 149 | issue = 1 | pages = 202–213 | date = March 2012 | pmid = 22464330 | doi = 10.1016/j.cell.2012.01.050 | s2cid = 16487609 | doi-access = free }}</ref>。真核生物は自然界における他の2つの生物界よりもtRNA遺伝子の含有量が多いだけでなく、異なるアイソアクセプター（''isoacceptors''）ごとに遺伝子コピー数が大きく変動しており、この複雑さは、tRNA遺伝子の重複やアンチコドン特異性の変化によるものではないかと考えられる{{citation needed |date=September 2015}}。

異なる生物種間におけるtRNA遺伝子コピー数の進化は、所定のtRNAの解読能力を向上させる特定のtRNA修飾酵素（細菌ではウリジンメチルトランスフェラーゼ、真核生物ではアデノシンデアミナーゼ）の出現と関連している<ref name="evamaria" />。たとえば、tRNA<sup>Ala</sup>は4種類のtRNAアイソアクセプター（AGC、UGC、GGC、CGC）をコード化する。真核生物では、AGCアイソアクセプターの遺伝子コピー数が他のアイソアクセプターと比べて非常に多く、これは、そのゆらぎ塩基がAからIへ修飾されていることと相関している。これと同じ傾向が、真核生物種のほとんどのアミノ酸で示されている。実際、これら2つのtRNA修飾の効果は、コドン使用量の偏りにも現れている。高発現遺伝子は、これらの修飾tRNAによって解読されるコドンのみを使用するコドンに富んでいるようであり、このことは、これらのコドンさらにはこれらのtRNA修飾が翻訳効率に関与している可能性を示唆している<ref name="evamaria" />。

多くの生物種が進化の過程で特定のtRNAを失っていることに留意するのは重要である。たとえば、哺乳類と鳥類は64種類あるtRNA遺伝子のうち14種類を欠いているが、他の生物はこれらのtRNAを保有している<ref>{{cite journal | vauthors = Ou X, Peng W, Yang Z, Cao J, Wang M, Peppelenbosch MP, Pan Q, Cheng A | title = Evolutionarily missing and conserved tRNA genes in human and avian. | journal = Infect. Genet. Evol.| volume = 85 | pages = 104460 | date = November 2020 | pmid = 32679345 | doi = 10.1016/j.meegid.2020.104460 | doi-access = free }}</ref>。tRNAが完全に一致しないコドンを翻訳するために、生物はウォブリング（''wobbling''）と呼ばれる戦略に頼る。ウォブリングは、tRNA/mRNAの組が不完全な一致でも翻訳を行わせるが、この戦略は翻訳エラーの傾向を増やす<ref>{{cite journal | vauthors = Ou X, Cao J, Cheng A, Peppelenbosch MP, Pan Q | title = Errors in translational decoding: tRNA wobbling or misincorporation? | journal = PLOS Genetics | volume = 15 | issue = 3 | pages = 2979–2986 | date = March 2019 | pmid = 21930591 | pmc = 3158919 | doi = 10.1371/journal.pgen.1008017 | doi-access = free }}</ref>。進化の過程でtRNA遺伝子が失われた理由については議論が続いているが、ウイルス感染に対する抵抗性の向上と関係している可能性がある<ref>{{cite journal | vauthors = Ou X, Wang M, Mao S, Cao J, Cheng A, Zhu D, Chen S, Jia R, Liu M, Yang Q, Wu Y, Zhao X, Zhang S, Liu Y, Yu Y, Zhang L, Chen X, Peppelenbosch MP, Pan Q | title = Incompatible Translation Drives a Convergent Evolution and Viral Attenuation During the Development of Live Attenuated Vaccine | journal = Front. Cell. Infect. Microbiol. | volume = 8 | pages = 249 | date = July 2018 | pmid = 30073153 | pmc = 6058041 | doi = 10.3389/fcimb.2018.00249 | doi-access = free }}</ref>。ヌクレオチド3塩基配列は、アミノ酸と関連するtRNAの種類よりも多くの組み合わせを提示できるため、遺伝暗号には冗長性があり、同じアミノ酸を複数の異なる3塩基コドンで表現することができる。このコドンの偏りは、コドン最適化を必要とするもので、標的生物のtRNA目録のコード配列を調べることで、発現系に応じたコドン交換が可能になる<ref>{{Cite web |last=van Warmerdam |first=T. |title=YourBioHelper.com |url=https://www.yourbiohelper.com/ |url-status=live |website=YourBioHelper |access-date=2022-09-25}}</ref>。

=== {{Anchors|tRNA-derived fragments}}tRNA由来フラグメント ===
tRNA由来フラグメント（tRNA-derived fragments、tRF）は、成熟tRNAまたは前駆体転写産物が切断された後に出現する短い分子である<ref name="Gebetsberger13">{{cite journal | vauthors = Gebetsberger J, Polacek N | title = Slicing tRNAs to boost functional ncRNA diversity | journal = RNA Biology | volume = 10 | issue = 12 | pages = 1798–1806 | date = December 2013 | pmid = 24351723 | pmc = 3917982 | doi = 10.4161/rna.27177 }}</ref><ref name="Shigematsu14">{{cite journal | vauthors = Shigematsu M, Honda S, Kirino Y | title = Transfer RNA as a source of small functional RNA | journal = Journal of Molecular Biology and Molecular Imaging | volume = 1 | issue = 2 | page = 8 | year = 2014 | pmid = 26389128 | pmc = 4572697 }}</ref><ref name="Sobala11">{{cite journal | vauthors = Sobala A, Hutvagner G | title = Transfer RNA-derived fragments: origins, processing, and functions | journal = Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA | volume = 2 | issue = 6 | pages = 853–862 | year = 2011 | pmid = 21976287 | doi = 10.1002/wrna.96 | hdl = 10453/18187 | s2cid = 206554146 | url = https://opus.lib.uts.edu.au/bitstream/10453/18187/1/2011002529.pdf | hdl-access = free }}</ref><ref name="Keam15">{{cite journal | vauthors = Keam SP, Hutvagner G | title = tRNA-Derived Fragments (tRFs): Emerging New Roles for an Ancient RNA in the Regulation of Gene Expression | journal = Life | volume = 5 | issue = 4 | pages = 1638–1651 | date = November 2015 | pmid = 26703738 | pmc = 4695841 | doi = 10.3390/life5041638 | doi-access = free }}</ref>。細胞質tRNAもミトコンドリアtRNAもフラグメントを生成することができる<ref name="Telonis15-dissect">{{cite journal | vauthors = Telonis AG, Loher P, Honda S, Jing Y, Palazzo J, Kirino Y, Rigoutsos I | title = Dissecting tRNA-derived fragment complexities using personalized transcriptomes reveals novel fragment classes and unexpected dependencies | journal = Oncotarget | volume = 6 | issue = 28 | pages = 24797–822 | date = July 2015 | pmid = 26325506 | pmc = 4694795 | doi = 10.18632/oncotarget.4695}}</ref>。成熟したtRNAに由来すると考えられているtRFには、比較的長いtRNAの半分と、短い5'-tRF、3'-tRF、およびi-tRFの少なくとも4種類の構造型が存在する<ref name="Gebetsberger13" /><ref name="Telonis15-dissect" /><ref name="Kumar14">{{cite journal | vauthors = Kumar P, Anaya J, Mudunuri SB, Dutta A | title = Meta-analysis of tRNA derived RNA fragments reveals that they are evolutionarily conserved and associate with AGO proteins to recognize specific RNA targets | journal = BMC Biology | volume = 12 | page = 78 | date = October 2014 | pmid = 25270025 | pmc = 4203973 | doi = 10.1186/s12915-014-0078-0 }}</ref>。前駆体tRNAは切断され、5'リーダー配列や3'トレイル配列から分子を生成することができる。切断酵素としては、{{Ill2|アンジオゲニン|en|Angiogenin}}、[[Dicer]]、[[RNase Z]]、および[[リボヌクレアーゼP|RNase P]]があげられる<ref name="Gebetsberger13" /><ref name="Shigematsu14" />。特にアンジオゲニンの場合、tRFは、その3'末端に環状リン酸、5'末端にヒドロキシル基という特徴的な構造を持っている<ref name="Honda15">{{cite journal | vauthors = Honda S, Loher P, Shigematsu M, Palazzo JP, Suzuki R, Imoto I, Rigoutsos I, Kirino Y | title = Sex hormone-dependent tRNA halves enhance cell proliferation in breast and prostate cancers | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 112 | issue = 29 | pages = E3816–E3825 | date = July 2015 | pmid = 26124144 | pmc = 4517238 | doi = 10.1073/pnas.1510077112 | bibcode = 2015PNAS..112E3816H | doi-access = free }}</ref>。tRFは、[[RNA干渉]]、特にtRNAをプライマーとして複製を行うレトロウイルスやレトロトランスポゾンの抑制に関与しているように思われる。アンジオゲニンによって切断されたハーフtRNAは、tiRNAともいう。{{Ill2|Piwi結合RNA|en|Piwi-interacting RNA|label=piRNA}}として機能するものも含む、より小さな断片の生合成については、あまり理解されていない<ref name="pmid29934075">{{cite journal |last1=Schorn |first1=AJ |last2=Martienssen |first2=R |title=Tie-Break: Host and Retrotransposons Play tRNA. |journal=Trends in Cell Biology |date=October 2018 |volume=28 |issue=10 |pages=793–806 |doi=10.1016/j.tcb.2018.05.006 |pmid=29934075|pmc=6520983 }}</ref>。

tRFは、複数の依存性と役割をもっており、性別間、人種間、あるいは疾病状態間で大きな変化を示す<ref name="Telonis15-dissect" /><ref name="Telonis18">{{cite journal | vauthors = Telonis AG, Rigoutsos I | title = Race Disparities in the Contribution of miRNA Isoforms and tRNA-Derived Fragments to Triple-Negative Breast Cancer | journal = Cancer Res | volume = 78 | issue = 5 | pages = 1140–54 | date = March 2018 | pmid = 29229607 | pmc = 5935570 | doi = 10.1158/0008-5472.CAN-17-1947}}</ref><ref name="Telonis19">{{cite journal | vauthors = Telonis AG, Loher P, Magee R, Pliatsika V, Londin E, Kirino Y, Rigoutsos I | title = tRNA Fragments Show Intertwining with mRNAs of Specific Repeat Content and Have Links to Disparities | journal = Cancer Res | volume = 79 | issue = 12 | pages = 3034–49 | date = Jun 2019 | pmid = 30996049 | pmc = 6571059 | doi = 10.1158/0008-5472.CAN-19-0789}}</ref>。機能的には、[[アルゴノート (タンパク質)|Ago]]にロードされRNAi経路を介した作用や<ref name="Sobala11" /><ref name="Kumar14" /><ref name="Shigematsu15">{{cite journal | vauthors = Shigematsu M, Kirino Y | title = tRNA-Derived Short Non-coding RNA as Interacting Partners of Argonaute Proteins | journal = Gene Regulation and Systems Biology | volume = 9 | pages = 27–33 | year = 2015 | pmid = 26401098 | pmc = 4567038 | doi = 10.4137/GRSB.S29411 }}</ref>、ストレス顆粒の形成への関与や<ref name="Emara10">{{cite journal | vauthors = Emara MM, Ivanov P, Hickman T, Dawra N, Tisdale S, Kedersha N, Hu GF, Anderson P | title = Angiogenin-induced tRNA-derived stress-induced RNAs promote stress-induced stress granule assembly | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 285 | issue = 14 | pages = 10959–10968 | date = April 2010 | pmid = 20129916 | pmc = 2856301 | doi = 10.1074/jbc.M109.077560 | doi-access = free }}</ref>、RNA結合タンパク質からmRNAを置換する<ref name="Goodarzi15">{{cite journal | vauthors = Goodarzi H, Liu X, Nguyen HC, Zhang S, Fish L, Tavazoie SF | title = Endogenous tRNA-Derived Fragments Suppress Breast Cancer Progression via YBX1 Displacement | journal = Cell | volume = 161 | issue = 4 | pages = 790–802 | date = May 2015 | pmid = 25957686 | pmc = 4457382 | doi = 10.1016/j.cell.2015.02.053 }}</ref>、翻訳の阻害などがあげられる<ref name="Ivanov11">{{cite journal | vauthors = Ivanov P, Emara MM, Villen J, Gygi SP, Anderson P | title = Angiogenin-induced tRNA fragments inhibit translation initiation | journal = Molecular Cell | volume = 43 | issue = 4 | pages = 613–623 | date = August 2011 | pmid = 21855800 | pmc = 3160621 | doi = 10.1016/j.molcel.2011.06.022 }}</ref>。システムあるいは生体レベルでは、4種類のtRFは多様な活動範囲を持っている。機能的には、tRFはウイルス感染<ref name="Selitsky15">{{cite journal | vauthors = Selitsky SR, Baran-Gale J, Honda M, Yamane D, Masaki T, Fannin EE, Guerra B, Shirasaki T, Shimakami T, Kaneko S, Lanford RE, Lemon SM, Sethupathy P | title = Small tRNA-derived RNAs are increased and more abundant than microRNAs in chronic hepatitis B and C | journal = Scientific Reports | volume = 5 | page = 7675 | date = January 2015 | pmid = 25567797 | pmc = 4286764 | doi = 10.1038/srep07675 | bibcode = 2015NatSR...5E7675S }}</ref>、癌（がん）<ref name="Kumar14" />、細胞増殖に関連し<ref name="Honda15" />、また[[エピジェネティック]]な世代を超えた代謝調節<!-- epigenetic transgenerational regulation of metabolism -->にも関与している<ref name="Sharma16">{{cite journal | vauthors = Sharma U, Conine CC, Shea JM, Boskovic A, Derr AG, Bing XY, Belleannee C, Kucukural A, Serra RW, Sun F, Song L, Carone BR, Ricci EP, Li XZ, Fauquier L, Moore MJ, Sullivan R, Mello CC, Garber M, Rando OJ | title = Biogenesis and function of tRNA fragments during sperm maturation and fertilization in mammals | journal = Science | volume = 351 | issue = 6271 | pages = 391–396 | date = January 2016 | pmid = 26721685 | pmc = 4888079 | doi = 10.1126/science.aad6780 | bibcode = 2016Sci...351..391S }}</ref>。

tRFはヒトに限定されず、さまざまな生物に存在することが確認されている<ref name="Kumar14" /><ref name="Casas15">{{cite journal | vauthors = Casas E, Cai G, Neill JD | title = Characterization of circulating transfer RNA-derived RNA fragments in cattle | journal = Frontiers in Genetics | volume = 6 | page = 271 | year = 2015 | pmid = 26379699 | pmc = 4547532 | doi = 10.3389/fgene.2015.00271 | doi-access = free }}</ref><ref name="Hirose15">{{cite journal | vauthors = Hirose Y, Ikeda KT, Noro E, Hiraoka K, Tomita M, Kanai A | title = Precise mapping and dynamics of tRNA-derived fragments (tRFs) in the development of Triops cancriformis (tadpole shrimp) | journal = BMC Genetics | volume = 16 | page = 83 | date = July 2015 | pmid = 26168920 | pmc = 4501094 | doi = 10.1186/s12863-015-0245-5 }}</ref><ref name="Karaiskos15">{{cite journal | vauthors = Karaiskos S, Naqvi AS, Swanson KE, Grigoriev A | title = Age-driven modulation of tRNA-derived fragments in Drosophila and their potential targets | journal = Biology Direct | volume = 10 | page = 51 | date = September 2015 | pmid = 26374501 | pmc = 4572633 | doi = 10.1186/s13062-015-0081-6 }}</ref>。

tRFについてより詳しく知りたい場合、2つのオンラインツールを利用できる。ミトコンドリアおよび核内tRNAフラグメントの対話的に探索するためのフレームワーク ([https://cm.jefferson.edu/MINTbase/ MINTbase]) と<ref name="Pliatsika16">{{cite journal | vauthors = Pliatsika V, Loher P, Telonis AG, Rigoutsos I | title = MINTbase: a framework for the interactive exploration of mitochondrial and nuclear tRNA fragments | journal = Bioinformatics | volume = 32 | issue = 16 | pages = 2481–2489 | date = August 2016 | pmid = 27153631 | pmc = 4978933 | doi = 10.1093/bioinformatics/btw194 }}</ref><ref name="Pliatsika18">{{cite journal | vauthors = Pliatsika V, Loher P, Magee R, Telonis AG, Londin E, Shigematsu M, Kirino Y, Rigoutsos I | title = MINTbase v2.0: a comprehensive database for tRNA-derived fragments that includes nuclear and mitochondrial fragments from all The Cancer Genome Atlas projects | journal = Nucleic Acids Research | volume = 46(D1) | pages = D152–D159 | date = January 2018 | issue = D1 | pmid = 29186503 | pmc = 5753276 | doi = 10.1093/nar/gkx1075}}</ref>、転移RNA関連フラグメントのリレーショナルデータベース ([http://genome.bioch.virginia.edu/trfdb/ tRFdb]) である<ref name="Kumar15">{{cite journal | vauthors = Kumar P, Mudunuri SB, Anaya J, Dutta A | title = tRFdb: a database for transfer RNA fragments | journal = Nucleic Acids Research | volume = 43 | issue = Database issue | pages = D141-5 | date = January 2015 | pmid = 25392422 | pmc = 4383946 | doi = 10.1093/nar/gku1138 }}</ref>。また、MINTbaseはゲノムに依存しない[https://cm.jefferson.edu/MINTcodes/ tRFライセンスプレート] (またはMINTcodes)と呼ばれるtRFの命名スキームを提供しており、これはRNA配列をより短い文字列に圧縮するものである。

=== {{Anchors|Engineered tRNAs}}合成tRNA ===
合成サプレッサー伸長tRNA<!-- artificial suppressor elongator tRNA -->は、遺伝子のコード配列に配置された[[ナンセンスコドン]]に{{Ill2|拡張遺伝暗号|en|Expanded genetic code|label=非天然アミノ酸}}を組み込むために用いられる。アンバー[[終止コドン]]UAGで[[翻訳 (生物学)|翻訳]]を開始するために、合成開始tRNA（[https://ecocyc.org/gene?orgid=ECOLI&id=EG30061 metY]遺伝子がコードするCUAアンチコドンを持つtRNA<sup>fMet2</sup>）が用いられている。この種の合成tRNA（''engineered tRNA''）は、UAGコドンで通常起こる翻訳停止シグナルを抑制することから、{{Ill2|ナンセンスサプレッサー|en|Nonsense suppressor|label=}}tRNAと呼ばれている。アンバー開始tRNAは、強力な[[シャイン・ダルガノ配列]]が先行するUAGコドンに、メチオニン<ref name="doi.org">{{cite journal | vauthors = Vincent RM, Wright BW, Jaschke PR | title = Measuring Amber Initiator tRNA Orthogonality in a Genomically Recoded Organism | journal = ACS Synthetic Biology | volume = 8 | issue = 4 | pages = 675–685 | date = April 2019 | pmid = 30856316 | doi = 10.1021/acssynbio.9b00021 | s2cid = 75136654 }}</ref>とグルタミン<ref>{{cite journal | vauthors = Govindan A, Miryala S, Mondal S, Varshney U | title = Development of Assay Systems for Amber Codon Decoding at the Steps of Initiation and Elongation in Mycobacteria | journal = Journal of Bacteriology | volume = 200 | issue = 22 | date = November 2018 | pmid = 30181124 | pmc = 6199473 | doi = 10.1128/jb.00372-18 }}</ref>を挿入する。このアンバー開始tRNAの研究により、この系は通常のAUG開始コドンと直交しており、ゲノム再コード化された大腸菌株でオフターゲット翻訳開始イベント<!-- off-target translation initiation events in a genomically recoded E. coli strain -->が検出されないことが示された<ref name="doi.org" />。

== {{Anchors|tRNA biogenesis}}tRNAの生合成 ==
[[真核細胞]]では、tRNAは核内で[[RNAポリメラーゼIII]]によってpre-tRNAとして[[転写 (生物学)|転写]]される<ref>{{cite journal | vauthors = White RJ | title = Regulation of RNA polymerases I and III by the retinoblastoma protein: a mechanism for growth control? | journal = Trends in Biochemical Sciences | volume = 22 | issue = 3 | pages = 77–80 | date = March 1997 | pmid = 9066256 | doi = 10.1016/S0968-0004(96)10067-0 }}</ref>。RNAポリメラーゼIIIは、tRNA遺伝子内の5′遺伝子内調節領域（5′-ICR、D調節領域、Aボックス）と3′-ICR（T調節領域、Bボックス）の、2つの高度に保存された下流プロモーター配列を認識する<ref name="sharp1985" /><ref name="sharp1982">{{cite journal | vauthors = Sharp S, Dingermann T, Söll D | title = The minimum intragenic sequences required for promotion of eukaryotic tRNA gene transcription | journal = Nucleic Acids Research | volume = 10 | issue = 18 | pages = 5393–5406 | date = September 1982 | pmid = 6924209 | pmc = 320884 | doi = 10.1093/nar/10.18.5393 }}</ref><ref name="Dieci">{{cite journal | vauthors = Dieci G, Fiorino G, Castelnuovo M, Teichmann M, Pagano A | title = The expanding RNA polymerase III transcriptome | journal = Trends in Genetics | volume = 23 | issue = 12 | pages = 614–622 | date = December 2007 | pmid = 17977614 | doi = 10.1016/j.tig.2007.09.001 | hdl = 11381/1706964 | hdl-access = free }}</ref>。第1プロモーターは成熟tRNAの+8から始まり、第2プロモーターは第1プロモーターの30–60ヌクレオチド下流に位置する。転写は、4個以上の[[チミジン]]の連続区間の後に終了する<ref name="sharp1985" /><ref name="Dieci" />。

[[File:Bulge-helix-bulge BHB tRNA intron.png|thumb|tRNAイントロンのバルジ-ヘリックス-バルジモチーフの概略図。赤色はイントロン、青点はコドンに対するヌクレオチド、矢印はヌクレアーゼ切断位置を示す。]]
pre-tRNAは、核内で広範な修飾を受ける。pre-tRNAの中には、機能的なtRNA分子を形成するために[[Pre-tRNA スプライシング|スプライシング]]または切断される[[イントロン]]を含むものがある<ref>{{cite journal | vauthors = Tocchini-Valentini GD, Fruscoloni P, Tocchini-Valentini GP | title = Processing of multiple-intron-containing pretRNA | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 106 | issue = 48 | pages = 20246–20251 | date = December 2009 | pmid = 19910528 | pmc = 2787110 | doi = 10.1073/pnas.0911658106 | bibcode = 2009PNAS..10620246T | doi-access = free }}</ref>。細菌ではこれらを自己スプライシングするが、真核生物や古細菌ではtRNAスプライシング[[エンドヌクレアーゼ]]によって除去される<ref>{{cite journal | vauthors = Abelson J, Trotta CR, Li H | title = tRNA splicing | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 273 | issue = 21 | pages = 12685–12688 | date = May 1998 | pmid = 9582290 | doi = 10.1074/jbc.273.21.12685 | doi-access = free }}</ref>。真核生物のpre-tRNAには、エンドヌクレアーゼによるtRNAイントロンの認識と正確なスプライシングをするのに重要なバルジ-ヘリックス-バルジ（BHB）[[構造モチーフ]]が存在する<ref name="Soma2014">{{cite journal | vauthors = Soma A | title = Circularly permuted tRNA genes: their expression and implications for their physiological relevance and development | journal = Frontiers in Genetics | volume = 5 | page = 63 | date = 2014 | pmid = 24744771 | pmc = 3978253 | doi = 10.3389/fgene.2014.00063 | doi-access = free }}</ref>。このモチーフの位置と構造は進化的に保存されている。しかし、単細胞藻類など一部の生物には、BHBモチーフの位置やスプライシングされたイントロン配列の5′末端や3′末端が非標準であるものもある<ref name="Soma2014" />。5′配列は[[リボヌクレアーゼP|RNase P]]によって除去され<ref name="pmid9759486">{{cite journal | vauthors = Frank DN, Pace NR | title = Ribonuclease P: unity and diversity in a tRNA processing ribozyme | journal = Annual Review of Biochemistry | volume = 67 | issue = 1 | pages = 153–180 | year = 1998 | pmid = 9759486 | doi = 10.1146/annurev.biochem.67.1.153 | doi-access = free }}</ref>、3′末端は[[tRNase Z]]酵素によって除去される<ref name="pmid17305600">{{cite journal | vauthors = Ceballos M, Vioque A | title = tRNase Z | journal = Protein and Peptide Letters | volume = 14 | issue = 2 | pages = 137–145 | year = 2007 | pmid = 17305600 | doi = 10.2174/092986607779816050 }}</ref>。顕著な例外が[[古細菌]]の[[ナノアルカエウム・エクウィタンス]]（''Nanoarchaeum equitans''）で見られ、RNase P酵素を持たず、成熟tRNAの5′末端から転写が始まるようにプロモーターが配置されている<ref name="pmid18451863">{{cite journal | vauthors = Randau L, Schröder I, Söll D | title = Life without RNase P | journal = Nature | volume = 453 | issue = 7191 | pages = 120–123 | date = May 2008 | pmid = 18451863 | doi = 10.1038/nature06833 | bibcode = 2008Natur.453..120R | s2cid = 3103527 }}</ref>。{{Ill2|ヌクレオチジルトランスフェラーゼ|en|Nucleotidyltransferase}}によって、テンプレート化されていない3′CCA尾部が付加される<ref name="pmid15498478">{{cite journal | vauthors = Weiner AM | title = tRNA maturation: RNA polymerization without a nucleic acid template | journal = Current Biology | volume = 14 | issue = 20 | pages = R883-5 | date = October 2004 | pmid = 15498478 | doi = 10.1016/j.cub.2004.09.069 | doi-access = free }}</ref>。tRNAがLos1/{{Ill2|XPOT|en|XPOT|label=Xpo-t}}によって[[細胞質]]へ[[核外搬出シグナル|輸送]]される前に<ref name="pmid9660920">{{cite journal | vauthors = Kutay U, Lipowsky G, Izaurralde E, Bischoff FR, Schwarzmaier P, Hartmann E, Görlich D | title = Identification of a tRNA-specific nuclear export receptor | journal = Molecular Cell | volume = 1 | issue = 3 | pages = 359–369 | date = February 1998 | pmid = 9660920 | doi = 10.1016/S1097-2765(00)80036-2 | doi-access = free }}</ref><ref name="pmid9512417">{{cite journal | vauthors = Arts GJ, Fornerod M, Mattaj IW | title = Identification of a nuclear export receptor for tRNA | journal = Current Biology | volume = 8 | issue = 6 | pages = 305–314 | date = March 1998 | pmid = 9512417 | doi = 10.1016/S0960-9822(98)70130-7 | s2cid = 17803674 | doi-access = free }}</ref>、tRNAは{{Ill2|アミノアシル化|en|Aminoacylation}}される<ref name="pmid9857198">{{cite journal | vauthors = Arts GJ, Kuersten S, Romby P, Ehresmann B, Mattaj IW | title = The role of exportin-t in selective nuclear export of mature tRNAs | journal = The EMBO Journal | volume = 17 | issue = 24 | pages = 7430–7441 | date = December 1998 | pmid = 9857198 | pmc = 1171087 | doi = 10.1093/emboj/17.24.7430 }}</ref>。プロセシング過程の順序は保存されていない。たとえば、酵母では、スプライシングは核内ではなく、[[ミトコンドリア|ミトコンドリア膜]]の細胞質側で行われる<ref name="pmid12925762">{{cite journal | vauthors = Yoshihisa T, Yunoki-Esaki K, Ohshima C, Tanaka N, Endo T | title = Possibility of cytoplasmic pre-tRNA splicing: the yeast tRNA splicing endonuclease mainly localizes on the mitochondria | journal = Molecular Biology of the Cell | volume = 14 | issue = 8 | pages = 3266–3279 | date = August 2003 | pmid = 12925762 | pmc = 181566 | doi = 10.1091/mbc.E02-11-0757 }}</ref>。

それにもかかわらず、2021年3月、研究者らは、転移RNAの予備的な形態が、生命のごく初期の発生、すなわち[[生命の起源|生命起源]]における複製分子であった可能性を示唆する証拠を報告した<ref name="EL-20210302">{{cite journal |last1=Kühnlein |first1=Alexandra |last2=Lanzmich |first2=Simon A. |last3=Brun |first3=Dieter |title=tRNA sequences can assemble into a replicator |doi=10.7554/eLife.63431 |date=2 March 2021 |journal=[[:en:eLife|eLife]] |volume=10 |pmid=33648631 |pmc=7924937 |doi-access=free }}</ref><ref name="STD-20210403">{{cite news |last=Maximilian |first=Ludwig |title=Solving the Chicken-and-the-Egg Problem – "A Step Closer to the Reconstruction of the Origin of Life" |url=https://scitechdaily.com/solving-the-chicken-and-the-egg-problem-a-step-closer-to-the-reconstruction-of-the-origin-of-life/ |date=3 April 2021 |work=[[:en:SciTech (magazine)|SciTechDaily]] |accessdate=3 April 2021 }}</ref>。

== 歴史 ==
tRNAの存在は、RNAアルファベットからタンパク質アルファベットへの翻訳を媒介するアダプター分子が存在するはずだという仮定に基づいて、[[フランシス・クリック]]により「{{Ill2|アダプター仮説|en|adaptor hypothesis}}（''adaptor hypothesis''）」として最初に提唱された。{{Ill2|ポール・C・ザメクニック|en|Paul Zamecnik}}と{{Ill2|マーロン・ホーグランド|en|Mahlon Hoagland}}がtRNAを発見した<ref>{{Cite journal|url=https://www.jbc.org/article/S0021-9258(20)79029-0/abstract|title=The Discovery of tRNA by Paul C. Zamecnik|first1=Nicole|last1=Kresge|first2=Robert D.|last2=Simoni|first3=Robert L.|last3=Hill|date=October 7, 2005|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=280|issue=40|pages=e37–e39|via=www.jbc.org|doi=10.1016/S0021-9258(20)79029-0|doi-access=free}}</ref>。1960年代初頭、ボストンの2人の研究者、[[アレクサンダー・リッチ]]と{{Ill2|ドナルド・キャスパー|en|Donald Caspar}}、[[プリンストン大学]]の{{Ill2|ジャック・R・フレスコ|en|Jacques Robert Fresco}}のグループ、[[キングス・カレッジ・ロンドン]]の[[イギリス|英国]]グループによって、構造に関する重要な研究が行われた<ref>{{cite journal | vauthors = Clark BF | title = The crystal structure of tRNA | journal = Journal of Biosciences | volume = 31 | issue = 4 | pages = 453–457 | date = October 2006 | pmid = 17206065 | doi = 10.1007/BF02705184 | s2cid = 19558731 | url = http://www.ias.ac.in/jbiosci/oct2006/453.pdf }}</ref>。1965年、[[コーネル大学]]の[[ロバート・W・ホリー]]が一次構造を報告し、3つの二次構造が示唆された<ref>{{cite journal | vauthors = Holley RW, Apgar J, Everett GA, Madison JT, Marquisee M, Merrill SH, Penswick JR, Zamir A | journal = Science | volume = 147 | issue = 3664 | pages = 1462–1465 | date = March 1965 | pmid = 14263761 | doi = 10.1126/science.147.3664.1462 | bibcode = 1965Sci...147.1462H | title = Structure of a Ribonucleic Acid | s2cid = 40989800 }}</ref>。ウィスコンシン州のマディソンで、ロバート・M・ボック<!-- Robert M. Bock -->によって初めてtRNAが結晶化された<ref name="NYT1991">{{cite web |url=https://www.nytimes.com/1991/07/04/obituaries/robert-m-bock-67-biologist-and-a-dean.html |title=Obituary |author=<!--Not stated--> |date=July 4, 1991 |website=The New York Times |access-date=2022-09-25}}</ref>。その後の数年間に、いくつかの研究によってクローバー葉構造が確認され<ref>{{cite web | url = https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1968/holley/facts/ | title = The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968: Robert W. Holley – Facts | author=<!--Not stated--> | year=2022 | access-date = 18 March 2022 | publisher = Nobel Prize Outreach AB}}</ref>、1974年に[[X線結晶構造解析]]を用いて最終的に確認された。2つの独立したグループ、アレクサンダー・リッチ率いる{{Ill2|キム・ソンホウ|en|Kim Sung-Hou}}と、[[アーロン・クルーグ]]率いる英国のグループが、1年以内に同じ結晶学的な発見を発表した<ref>{{cite journal | vauthors = Ladner JE, Jack A, Robertus JD, Brown RS, Rhodes D, Clark BF, Klug A | title = Structure of yeast phenylalanine transfer RNA at 2.5 A resolution | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 72 | issue = 11 | pages = 4414–4418 | date = November 1975 | pmid = 1105583 | pmc = 388732 | doi = 10.1073/pnas.72.11.4414 | bibcode = 1975PNAS...72.4414L | doi-access = free }}</ref><ref>{{cite journal | vauthors = Kim SH, Quigley GJ, Suddath FL, McPherson A, Sneden D, Kim JJ, Weinzierl J, Rich A | title = Three-dimensional structure of yeast phenylalanine transfer RNA: folding of the polynucleotide chain | journal = Science | volume = 179 | issue = 4070 | pages = 285–288 | date = January 1973 | pmid = 4566654 | doi = 10.1126/science.179.4070.285 | bibcode = 1973Sci...179..285K | s2cid = 28916938 }}</ref>。

== 訳語について ==
[[学術用語集]]では植物学編・遺伝学編が「転移RNA（運搬RNA）」、動物学編が「運搬RNA」としている（すべて増訂版）。[[日本工業規格|JIS]]の生体工学用語(K3610)では「転移RNA」である。一般には「転移RNA」の方が好んで用いられる傾向にあるが、高校教育では「運搬RNA」が用いられている。
[[学術用語集]]では植物学編・遺伝学編が「転移RNA（運搬RNA）」、動物学編が「運搬RNA」としている（すべて増訂版）。[[日本工業規格|JIS]]の生体工学用語(K3610)では「転移RNA」である。一般には「転移RNA」の方が好んで用いられる傾向にあるが、高校教育では「運搬RNA」が用いられている。


== 関連項目 ==
== 参照項目 ==
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* [[伝令RNA|mRNA]]
* [[翻訳 (生物学)]] - 細胞で遺伝情報がmRNAに転写されてタンパク質を合成する過程
* [[ノンコーディングRNA|非コードRNA]] および [[イントロン]]
* [[転写 (生物学)]] - DNAの断片をRNAにコピーする過程
* [[tmRNA]]
* [[リボソーム]] - 細胞内で生体タンパク質の合成(mRNAの翻訳)を行う高分子
* [[翻訳 (生物学)]]
* [[アミノアシルtRNA合成酵素]]
* [[ゆらぎ塩基対]]
* [[タンパク質生合成]]
* [[修飾塩基]]
* [[ノンコーディングRNA]] (ncRNA) - タンパク質に翻訳されないRNA分子
* [[イントロン]] - 転写はされるが最終的なRNA産物からは除かれる遺伝子内の塩基配列
* [[修飾塩基]] - 転写後修飾を受けたヌクレオチド
* [[ゆらぎ仮説]] - 必要なコドンの種類に対してtRNAの種類がより少ないという事実を説明するための仮説
* {{ill2|tRNAのクローバー葉モデル|en|Cloverleaf model of tRNA}}
* {{ill2|転移RNA様構造|en|Transfer RNA-like structures}} - tRNAと類似する三次構造を持つRNA配列
* {{ill2|滑りやすい配列|en|Slippery sequence}} - リボソームのフレームシフトの速度と可能性を制御するコドンヌクレオチド配列の小領域
* [[mRNA]] - 遺伝子の塩基配列に対応する一本鎖のRNA分子
* {{ill2|アミノアシルtRNA|en|Aminoacyl-tRNA}} - 同族アミノ酸が化学的に結合しているtRNA
* [[tmRNA]] - tRNAとmRNAの性質の両方を持つ細菌由来のRNA分子
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== 参考文献 ==
== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
<references />
{{Reflist|2}}


==外部リンク==
== 外部リンク ==
{{Commons category|TRNA}}
{{Commons category|TRNA}}
*[http://trnadb.bioinf.uni-leipzig.de/ tRNAdb 2009: compilation of tRNA sequences and tRNA genes]
* [http://trnadb.bioinf.uni-leipzig.de/ tRNAdb (updated and completely restructured version of Spritzls tRNA compilation)]
*[http://www.trna.uni-bayreuth.de/ Compilation of tRNA sequences and sequences of tRNA genes]
* [http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/3762664.stm tRNA link to heart disease and stroke]
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* [http://gtrnadb.ucsc.edu/ GtRNAdb: Collection of tRNAs identified from complete genomes]
* [https://web.archive.org/web/20141221113121/http://www.genenames.org/rna/TRNA HGNC: Gene nomenclature of human tRNAs]
*[http://mamit-trna.u-strasbg.fr/ Compilation of mammalian mitochondrial tRNA genes]
*[https://web.archive.org/web/20091027143923/http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion%2Fmolecule_of_the_month%2Findex.html Molecule of the Month] [https://web.archive.org/web/20070205000027/http://home.rcsb.org/ © RCSB Protein Data Bank]:
**[https://web.archive.org/web/20100513191811/http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion%2Fmolecule_of_the_month%2Fpdb15_1.html Transfer RNA]
**[https://web.archive.org/web/20100116025139/http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion%2Fmolecule_of_the_month%2Fpdb16_1.html Aminoacyl-tRNA Synthetases]
**[https://web.archive.org/web/20110316083658/http://www.pdb.org/pdb/static.do?p=education_discussion%2Fmolecule_of_the_month%2Fpdb81_1.html Elongation Factors]
* [http://rfam.org/family/RF00005 Rfam entry for tRNA]
*[http://trna.nagahama-i-bio.ac.jp/cgi-bin/trnadb/index.cgi tRNADB-CE: tRNA gene database curated manually by experts]
*[http://trna.nagahama-i-bio.ac.jp/cgi-bin/trnadb/index.cgi tRNADB-CE: tRNA gene database curated manually by experts]
* [https://numon.pdbj.org/mom/15?l=ja PDBj入門≫今月の分子≫15 転移RNA]
* [https://numon.pdbj.org/mom/81?l=ja PDBj入門≫今月の分子≫81 伸長因子]

{{核酸}}
{{核酸}}
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[[Category:リボ核酸]]
[[Category:リボ核酸]]

2022年10月31日 (月) 01:58時点における版

tRNA
識別
略称 t
Rfam RF00005
その他のデータ
リボ核酸の種類 gene, tRNA
PDB構造 PDBe 3icq, 1asy, 1asz, 1il2, 2tra, 3tra, 486d, 1fir, 1yfg, 3eph, 3epj, 3epk, 3epl, 1efw, 1c0a, 2ake, 2azx, 2dr2, 1f7u, 1f7v, 3foz, 2hgp, 2j00, 2j02, 2ow8, 2v46, 2v48, 2wdg, 2wdh, 2wdk, 2wdm, 2wh1

転移RNA（てんいRNA、英: transfer RNA、tRNA）は[1]、通常76–90ヌクレオチド（真核生物の場合[2]）のRNAからなるアダプター分子であり、遺伝情報を含むmRNAとタンパク質のアミノ酸配列とを物理的に結びつける役割を担う。運搬RNA、トランスファーRNAとも呼ばれ、通常tRNAと略記される。かつてはsRNA（soluble RNA）と呼ばれていた。tRNAは、細胞内のリボソームというタンパク質合成機械にアミノ酸を運ぶことでこれを行う。伝令RNA（メッセンジャーRNA、mRNA）上の3ヌクレオチドコドンと、tRNA上の3ヌクレオチドアンチコドンの相補的な関係が、mRNA上のコードに基づくタンパク質の合成に結びつく。このように、tRNAは、遺伝暗号に従って新しいタンパク質を生物学的に合成する翻訳に欠かせない要素である。

概要

タンパク質合成におけるtRNAとmRNAの相互作用を示す、翻訳のイメージ図。リボソーム (ribosome) は、一連の伝令RNA (messenger RNA) を読み取りながら移動し、転移RNA (tRNA) に結びついたアミノ酸 (amino acid) から所定のタンパク質 (peptide chain) を組み立てる。

mRNA上に示されたヌクレオチド配列は、そのmRNAに転写された遺伝子のタンパク質産物にどのアミノ酸が組み込まれるかを特定する。これに対し、tRNAの役割は、遺伝暗号のどの配列がどのアミノ酸に対応するかを特定することである[3]。mRNAは、一連の連続したコドンとしてタンパク質をコード化し、それぞれのコドンは特定のtRNAによって識別される。tRNAの一端は、アンチコドンという3ヌクレオチド配列による遺伝暗号に一致する。このアンチコドンは、タンパク質生合成の際に、mRNA上のコドンと相補的な3塩基対を形成する。

tRNAのもう一方の端には、アンチコドン配列に対応するアミノ酸が共有結合している。個々の種類のtRNA分子は、それぞれ1種類のアミノ酸にしか結合できないため、各々の生物は多くの種類のtRNAを持っている。遺伝暗号には同じアミノ酸を指定する複数のコドンがあるため、同じアミノ酸を運ぶのにもかかわらず異なるアンチコドンを持つ異なるtRNA分子が存在する。

tRNAの3'末端への共有結合は、アミノアシルtRNA合成酵素と呼ばれる酵素によって触媒される。タンパク質合成の際、アミノ酸が結合したtRNAは、伸長因子（英語版）と呼ばれるタンパク質によってリボソームに運ばれる。伸長因子は、tRNAとリボソームの結合、新しいポリペプチドの合成、およびmRNAに沿ったリボソームのトランスロケーション（転移）を助ける。tRNAのアンチコドンがmRNAと一致すると、すでにリボソームに結合している別のtRNAが、成長中のポリペプチド鎖を自身の3'末端から、新たに運ばれたtRNAの3'末端に結合したアミノ酸に転移させ、リボソームがこの反応を触媒する。tRNA分子内に含まれる多くのヌクレオチドは、しばしばメチル化や脱アミドといった化学修飾（英語版）を受けていることがある。こうした特殊な塩基は、tRNAとリボソームの相互作用に影響を与えることもあれば、アンチコドンで発生して塩基対合の特性を変化させることもある[4]。

構造

酵母由来tRNAPheのクローバーリーフ (葉) 二次構造。修飾塩基は青で示される。
tRNAの三次構造。CCA尾部は黄色、アクセプターステムは紫、可変ループはオレンジ、Dアームは赤、アンチコドンアームは青、アンチコドンは黒、Tアームは緑で表示。
酵母由来のフェニルアラニン-tRNA（PDB ID 1ehz​）の構造を示す3DアニメーションGIF。白線は水素結合による塩基対合を示す。この図の向きでは、アクセプターステムが上側、アンチコドンが下側にある[5]。

tRNAの構造は、一次構造、二次構造（通常クローバー葉構造（cloverleaf structure）として視覚化）、および三次構造（すべての種類のtRNAは、リボソームのP部位（英語版）およびA部位（英語版）に適合するように、同様のL字型の三次元構造を持っている）に分解することができる[6]。クローバー葉構造は、一般的なRNAの三次構造モチーフであるヘリックス（らせん）の同軸的スタッキングによって、L字型の三次元構造に折り畳まれる。 tRNA分子の各アーム（腕）の長さ、およびループの直径は、生物種によって異なる[6][7]。tRNAの構造は次のものからなる。

5′末端リン酸基
5′末端はリン酸基を持つ。
アクセプターステム
アクセプターステムは、L字型の短い側に相当し、5′末端ヌクレオチドと3′末端ヌクレオチド（アミノ酸を結合するために用いるCCA 3′末端基を含む）が塩基対を形成した7–9塩基対（bp）のステム（幹）である。一般に、このような3′末端tRNA様構造は「ゲノムタグ（genomic tags）」と呼ばれる。アクセプターステムは、非ワトソン=クリック型塩基対を含むことがある[6][8]。
3′末端CCA尾部
CCA尾部は、tRNA分子の3′末端にあるシトシン-シトシン-アデニン配列のことである。アミノアシルtRNAを形成するためにアミノアシルtRNA合成酵素によってtRNAにロードされたアミノ酸は、CCA尾部の3′ヒドロキシル基と共有結合している[9]。この配列は、酵素によるtRNAの認識に重要であり、翻訳において重要な意味を持っている[10][11]。原核生物では、一部のtRNA配列にCCA配列が転写される。ほとんどの原核生物のtRNAや真核生物のtRNAでは、プロセシング中にCCA配列が付加されるため、tRNA遺伝子には現れない[12]。
Dアーム
Dアーム（英語版）は、4–6 bpのステムで、L字型の長い側の基部に相当する。しばしば修飾塩基としてジヒドロウリジンを含むループで終わる[6]。
アンチコドンアーム
アンチコドンアームは、5 bpのステムで、ループにアンチコドンを含む[6]。L字型の長い側の先端に相当する。tRNAの5'側から3'側への一次構造にはアンチコドンが含まれているが、mRNAを5′側から3′側へと読むためには3′側から5′側への方向性が必要なため、その順序が逆になっている。
Tアーム
Tアーム（英語版）は、4–5 bpのステムで、TΨCという配列を含むループで終わる。Ψはシュードウリジンで、修飾されたウリジンのことである[6]。L字型の関節部に相当する。
修飾塩基
tRNA全体のいくつかの位置には、特にメチル化（例:  tRNA(グアニン-N7)-)-メチルトランスフェラーゼ（英語版）による）によって修飾された塩基が存在する。最初のアンチコドン塩基、すなわち「ゆらぎ位置（wobble-position）」は、イノシン（アデニン由来）、キューオシン（英語版）（グアニン由来）、ウリジン-5-オキシ酢酸（ウラシル由来）、5-メチルアミノメチル-2-チオウリジン（ウラシル由来）、ライシジン（英語版）（シトシン由来）に修飾されることがある[13]。

アンチコドン

アンチコドン（anticodon）は 3ヌクレオチドからなる単位であり、mRNAコドンの3塩基に対応する[14]。それぞれの種類のtRNAは、固有のアンチコドンの3連配列を持ち、アミノ酸に関する1つまたは複数のコドンに対して3つの相補的な塩基対を形成することができる。アンチコドンの中には、ゆらぎ塩基対によって複数のコドンと対をなすものもある。アンチコドンの最初のヌクレオチドは、mRNAには存在しないイノシンであることが多く、対応するコドン位置の複数の塩基と水素結合することができる[4]:29.3.9。遺伝暗号 (en:英語版) では一般的に、4種類の塩基と3つの位置によるすべての組み合わせ、あるいは少なくともピリミジン塩基とプリン塩基の両方によって、1つのアミノ酸が特定される。たとえば、アミノ酸のグリシンは、GGU、GGC、GGA、GGGというコドン配列でコードされている。また、ミトコンドリアのように、最初のアンチコドンの位置（ゆらぎ位置（wobble position）と呼ばれる）に別の修飾ヌクレオチドが現れて、遺伝暗号に微妙な変化を与えることもある[15]。標準遺伝暗号には61個のセンスコドンがあるので、tRNA分子をアミノ酸を指定するコドンと1対1で対応させるには、細胞あたり61種類のtRNAを持つ必要がある。しかし、ゆらぎ塩基は、特定のアミノ酸を指定するコドンのすべてというわけではないが、いくつかのコドンと結合することができるため、多くの細胞は61種類未満のtRNAしか持っていない。61個のセンスコドンをすべて明確に翻訳するためには、少なくとも31個のtRNAが必要である[3][16]。

アミノアシル化

→「アミノアシルtRNA」も参照

アミノアシル化（英語版）は、化合物にアミノアシル基を付加する過程であり、tRNA分子のCCA 3′末端にアミノ酸を共有結合させる。それぞれのtRNAは、アミノアシルtRNA合成酵素によって特定のアミノ酸が結合し、アミノアシル化される。1つのアミノ酸に対して複数のtRNAと複数のアンチコドンが存在する可能性があるという事実にもかかわらず、通常、各アミノ酸に対して1つのアミノアシルtRNA合成酵素が存在する。この合成酵素が適切なtRNAを認識するのは、アンチコドンのみを介して行われるだけではなく、アクセプターステムが重要な役割を果たすことが多い[17]。

反応：

  1. アミノ酸 + ATP → アミノアシルAMP + PPi
  2. アミノアシルAMP + tRNA → アミノアシルtRNA + AMP

ある種の生物では、1つまたは複数のアミノリン酸tRNA合成酵素が欠損していることがある。この結果、化学的に関連するアミノ酸がtRNAに結合するが、1つまたは複数の酵素を使用してtRNAが正しく結合するように修正される。たとえば、ヘリコバクター・ピロリでは、グルタミニルtRNA合成酵素が欠損している。そのため、グルタミン酸tRNA合成酵素が、tRNA-グルタミン（tRNAGln）にグルタミン酸を結合する。次に、アミド基トランスフェラーゼがグルタミン酸の酸側鎖をアミドに変換して、正しく結合したGln-tRNAGlnが形成される。

アミノアシル化の阻害は、ある種の疾患を治療する方法として有効となる可能性がある。たとえば、がん細胞は、健康な細胞と比較して、アミノアシル化の阻害に対して比較的脆弱な可能性がある。がんおよびウイルス生物学に関連するタンパク質合成は、特定のtRNA分子に大きく依存していることが多い。たとえば、肝臓がんの場合、tRNALysCUUにリジンを結合することで肝臓がん細胞の増殖や転移を維持しているが、健康な細胞では、細胞生理を維持するための、このtRNAに対する依存度ははるかに低い[18]。同様に、E型肝炎ウイルスは、感染していない細胞とは大きく異なるtRNA組成を必要とする[19]。したがって、特定のtRNA種のアミノアシル化を阻害することは、多くの疾患を合理的に治療する有望な新しい手段と考えられている。

リボソームへの結合

リボソーム上のA/TサイトからP/Eサイトへと移動する際にtRNAがとる立体構造の範囲を示すアニメーション動画。Protein Data Bank (PDB) コードは、アニメーションの終点に用いた構造モデルのものである。どのtRNAも大腸菌由来フェニルアラニン特異的tRNAとしてモデリングされており、A/T tRNAに関しては登録構造のホモロジーモデリングによって作成されたものである。色分けは、tRNAの三次構造における各部位を示す。引用元[20]。

リボソームには、2つのリボソームサブユニット間にまたがるtRNA結合部位として、A部位（英語版）（aminoacyl、アミノアシル）[21]、P部位（英語版）（peptidyl、ペプチジル）、E部位（英語版）（exit、出口）という3つの部位がある。さらにリボソームには、mRNAの解読時やタンパク質合成の開始時に使用されるtRNAの結合部位が2つあり、これらはT部位（伸長因子EF-Tuと命名）とI部位（initiation、開始）と呼ばれる[22][23]。慣例により、tRNA結合部位の表記は、リボソーム小サブユニット上の部位を先に記し、リボソーム大サブユニット上の部位を後に記す。たとえば、A部位はA/A、P部位はP/P、E部位はE/Eと表記されることが多い[22]。A部位やP部位におけるL27、L2、L14、L15、L16などの結合タンパク質は、A. P. Czernilofsky et al.によるアフィニティーラベリングによって決定されている（Proc. Natl. Acad. Sci, USA, pp. 230–234, 1974）。

翻訳開始が完了すると、最初のアミノアシルtRNAがP/P部位に位置し、次に述べる伸長サイクルの準備が整う。翻訳が伸長する過程では、まずtRNAが伸長因子Tu（EF-Tu）、もしくは真核生物や古細菌におけるその対応物（それぞれeEF-1（英語版）、aEF-1）との複合体を形成してリボソームに結合する。この最初のtRNA結合部位をA/T部位と呼ぶ。A/T部位では、A部位と呼ぶ半分がmRNA解読部位があるリボソーム小サブユニットに存在する。mRNA解読部位は、翻訳の際にmRNAのコドンを読み出す場所である。T部位と呼ぶもう半分は主にリボソーム大サブユニットに存在し、EF-TuまたはeEF-1がリボソームと相互作用する。mRNAの解読が完了すると、アミノアシルtRNAはA/A部位に結合し、それに結合したアミノ酸に次のペプチド結合を形成する準備が整う[24]。A/A部位に結合したアミノアシルtRNAに成長するポリペプチドを転移させるペプチジルtRNAは、P/P部位に結合する。ペプチド結合が形成されると、P/P部位のtRNAはアシル化、すなわち3'末端が遊離し、A/A部位のtRNAは成長中のポリペプチド鎖を解離させる。次の伸長サイクルを可能にするため、tRNAは次にA/P・P/E混成の結合部位を移動し、サイクルを完了してP/P・E/E部位に位置するようになる。A/A・P/P部位のtRNAがP/P・E/E部位に移動すると、mRNAもコドン1つ分だけ移動し、A/T部位が空き、次のmRNA解読のための準備が整う。そして、E/E部位に結合したtRNAはリボソームから離脱する。

実際には、アミノアシルtRNAが最初に結合するのはP/I部位で、細菌ではIF2（英語版）と呼ばれる開始因子によって送達される[23]。しかし、真核生物や古細菌のリボソームにおけるP/I部位の存在はまだ確認されていない。P部位におけるタンパク質L27は、E. Collatz and A. P. Czernilofskyによるアフィニティーラベリングによって決定されている（FEBS Lett., Vol. 63, pp. 283–286, 1976）。

tRNA遺伝子

ゲノムに含まれるtRNA遺伝子の数は、生物によってさまざまである。たとえば、遺伝学の研究で一般的なモデル生物である線虫カエノラブディティス・エレガンス（C. elegans）は、核ゲノムに29,647個の遺伝子を持ち[25]、そのうち620個がtRNAをコードしている[26][27]。出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）は、ゲノム中に275個のtRNA遺伝子を含む。

2013年1月の推計によると、ヒトゲノムではタンパク質コード遺伝子が合計で約20,848個あり[28]、細胞質tRNA分子をコードする核遺伝子が497個、tRNA由来の偽遺伝子（もはや機能しないと考えられているtRNA遺伝子[29]）が324個ある（ただし、偽tRNAは細菌の抗生物質耐性に関与していることが示されている[30]）。すべての真核生物と同様に、ヒトには22個のミトコンドリアtRNA遺伝子がある[31][要文献特定詳細情報]。これらの遺伝子の変異のいくつかは、MELAS症候群のような重篤な疾患と関連している。また、核染色体には、ミトコンドリアtRNA遺伝子と配列が非常に類似した領域が特定されている（tRNA-lookalikes、tRNA類似遺伝子）[32]。これらのtRNA類似遺伝子はまた、核ミトコンドリアDNA（英語版）（ミトコンドリアから核に移された遺伝子）の一部とも考えられている[32][33]。こうした、ミトコンドリアtRNAの核内コピーが複数存在する現象は、ヒトからオポッサムまで多くの高等生物で観察されており[34]、類似遺伝子が機能している可能性を示唆している。

細胞質tRNA遺伝子は、アンチコドンの特徴によって49種類のファミリーに分類される。これらの遺伝子は、22番染色体とY染色体を除くすべての染色体上に見られる。また、1番染色体だけでなく、6番染色体にも大規模クラスター（140個のtRNA遺伝子）が観察されている[29]。

HGNC（英語版）は、ゲノムtRNAデータベース（GtRNAdb）やこの分野の専門家と共同で、tRNAをコードするヒト遺伝子に対する固有の名称を承認した。

進化

tRNAの上半分（Tアームと、5'末端リン酸基と3'末端CCA基を持つアクセプターステムからなる）と下半分（Dアームと、アンチコドンアームからなる）は、構造的にも機能的に独立したユニットである。上半分は、初期のRNAワールドにおける複製用のtRNA様分子を標識付けていた可能性がある3′末端のゲノムタグを含めて、最初に進化したかもしれない。下半分は、たとえばRNAワールドでタンパク質合成として始まり、リボ核タンパク質ワールド（英語版）に変わったように、後から拡張する形で進化したのかもしれない。これはゲノムタグ仮説（genomic tag hypothesis）として提案されたシナリオである。実際、tRNAやtRNA様凝集体は、現在でも複製における重要な触媒的な影響力（すなわちリボザイム）を果たしている。これらの役割は、RNAワールドの「分子化石（あるいは化学化石）」と見なすことができる[35]。

ゲノムtRNA含有量は、生命の生物学的ドメイン間でゲノムを区別する特徴である。古細菌は、ゲノムtRNA含有量が最も単純で、遺伝子のコピー数が均一であるのに対し、細菌は中間的で、真核生物は最も複雑な状況を示す[36]。真核生物は自然界における他の2つの生物界よりもtRNA遺伝子の含有量が多いだけでなく、異なるアイソアクセプター（isoacceptors）ごとに遺伝子コピー数が大きく変動しており、この複雑さは、tRNA遺伝子の重複やアンチコドン特異性の変化によるものではないかと考えられる[要出典]。

異なる生物種間におけるtRNA遺伝子コピー数の進化は、所定のtRNAの解読能力を向上させる特定のtRNA修飾酵素（細菌ではウリジンメチルトランスフェラーゼ、真核生物ではアデノシンデアミナーゼ）の出現と関連している[36]。たとえば、tRNAAlaは4種類のtRNAアイソアクセプター（AGC、UGC、GGC、CGC）をコード化する。真核生物では、AGCアイソアクセプターの遺伝子コピー数が他のアイソアクセプターと比べて非常に多く、これは、そのゆらぎ塩基がAからIへ修飾されていることと相関している。これと同じ傾向が、真核生物種のほとんどのアミノ酸で示されている。実際、これら2つのtRNA修飾の効果は、コドン使用量の偏りにも現れている。高発現遺伝子は、これらの修飾tRNAによって解読されるコドンのみを使用するコドンに富んでいるようであり、このことは、これらのコドンさらにはこれらのtRNA修飾が翻訳効率に関与している可能性を示唆している[36]。

多くの生物種が進化の過程で特定のtRNAを失っていることに留意するのは重要である。たとえば、哺乳類と鳥類は64種類あるtRNA遺伝子のうち14種類を欠いているが、他の生物はこれらのtRNAを保有している[37]。tRNAが完全に一致しないコドンを翻訳するために、生物はウォブリング（wobbling）と呼ばれる戦略に頼る。ウォブリングは、tRNA/mRNAの組が不完全な一致でも翻訳を行わせるが、この戦略は翻訳エラーの傾向を増やす[38]。進化の過程でtRNA遺伝子が失われた理由については議論が続いているが、ウイルス感染に対する抵抗性の向上と関係している可能性がある[39]。ヌクレオチド3塩基配列は、アミノ酸と関連するtRNAの種類よりも多くの組み合わせを提示できるため、遺伝暗号には冗長性があり、同じアミノ酸を複数の異なる3塩基コドンで表現することができる。このコドンの偏りは、コドン最適化を必要とするもので、標的生物のtRNA目録のコード配列を調べることで、発現系に応じたコドン交換が可能になる[40]。

tRNA由来フラグメント

tRNA由来フラグメント（tRNA-derived fragments、tRF）は、成熟tRNAまたは前駆体転写産物が切断された後に出現する短い分子である[41][42][43][44]。細胞質tRNAもミトコンドリアtRNAもフラグメントを生成することができる[45]。成熟したtRNAに由来すると考えられているtRFには、比較的長いtRNAの半分と、短い5'-tRF、3'-tRF、およびi-tRFの少なくとも4種類の構造型が存在する[41][45][46]。前駆体tRNAは切断され、5'リーダー配列や3'トレイル配列から分子を生成することができる。切断酵素としては、アンジオゲニン、Dicer、RNase Z、およびRNase Pがあげられる[41][42]。特にアンジオゲニンの場合、tRFは、その3'末端に環状リン酸、5'末端にヒドロキシル基という特徴的な構造を持っている[47]。tRFは、RNA干渉、特にtRNAをプライマーとして複製を行うレトロウイルスやレトロトランスポゾンの抑制に関与しているように思われる。アンジオゲニンによって切断されたハーフtRNAは、tiRNAともいう。piRNA（英語版）として機能するものも含む、より小さな断片の生合成については、あまり理解されていない[48]。

tRFは、複数の依存性と役割をもっており、性別間、人種間、あるいは疾病状態間で大きな変化を示す[45][49][50]。機能的には、AgoにロードされRNAi経路を介した作用や[43][46][51]、ストレス顆粒の形成への関与や[52]、RNA結合タンパク質からmRNAを置換する[53]、翻訳の阻害などがあげられる[54]。システムあるいは生体レベルでは、4種類のtRFは多様な活動範囲を持っている。機能的には、tRFはウイルス感染[55]、癌（がん）[46]、細胞増殖に関連し[47]、またエピジェネティックな世代を超えた代謝調節にも関与している[56]。

tRFはヒトに限定されず、さまざまな生物に存在することが確認されている[46][57][58][59]。

tRFについてより詳しく知りたい場合、2つのオンラインツールを利用できる。ミトコンドリアおよび核内tRNAフラグメントの対話的に探索するためのフレームワーク (MINTbase) と[60][61]、転移RNA関連フラグメントのリレーショナルデータベース (tRFdb) である[62]。また、MINTbaseはゲノムに依存しないtRFライセンスプレート (またはMINTcodes)と呼ばれるtRFの命名スキームを提供しており、これはRNA配列をより短い文字列に圧縮するものである。

合成tRNA

合成サプレッサー伸長tRNAは、遺伝子のコード配列に配置されたナンセンスコドンに非天然アミノ酸（英語版）を組み込むために用いられる。アンバー終止コドンUAGで翻訳を開始するために、合成開始tRNA（metY遺伝子がコードするCUAアンチコドンを持つtRNAfMet2）が用いられている。この種の合成tRNA（engineered tRNA）は、UAGコドンで通常起こる翻訳停止シグナルを抑制することから、ナンセンスサプレッサー（英語版）tRNAと呼ばれている。アンバー開始tRNAは、強力なシャイン・ダルガノ配列が先行するUAGコドンに、メチオニン[63]とグルタミン[64]を挿入する。このアンバー開始tRNAの研究により、この系は通常のAUG開始コドンと直交しており、ゲノム再コード化された大腸菌株でオフターゲット翻訳開始イベントが検出されないことが示された[63]。

tRNAの生合成

真核細胞では、tRNAは核内でRNAポリメラーゼIIIによってpre-tRNAとして転写される[65]。RNAポリメラーゼIIIは、tRNA遺伝子内の5′遺伝子内調節領域（5′-ICR、D調節領域、Aボックス）と3′-ICR（T調節領域、Bボックス）の、2つの高度に保存された下流プロモーター配列を認識する[2][66][67]。第1プロモーターは成熟tRNAの+8から始まり、第2プロモーターは第1プロモーターの30–60ヌクレオチド下流に位置する。転写は、4個以上のチミジンの連続区間の後に終了する[2][67]。

tRNAイントロンのバルジ-ヘリックス-バルジモチーフの概略図。赤色はイントロン、青点はコドンに対するヌクレオチド、矢印はヌクレアーゼ切断位置を示す。

pre-tRNAは、核内で広範な修飾を受ける。pre-tRNAの中には、機能的なtRNA分子を形成するためにスプライシングまたは切断されるイントロンを含むものがある[68]。細菌ではこれらを自己スプライシングするが、真核生物や古細菌ではtRNAスプライシングエンドヌクレアーゼによって除去される[69]。真核生物のpre-tRNAには、エンドヌクレアーゼによるtRNAイントロンの認識と正確なスプライシングをするのに重要なバルジ-ヘリックス-バルジ（BHB）構造モチーフが存在する[70]。このモチーフの位置と構造は進化的に保存されている。しかし、単細胞藻類など一部の生物には、BHBモチーフの位置やスプライシングされたイントロン配列の5′末端や3′末端が非標準であるものもある[70]。5′配列はRNase Pによって除去され[71]、3′末端はtRNase Z酵素によって除去される[72]。顕著な例外が古細菌のナノアルカエウム・エクウィタンス（Nanoarchaeum equitans）で見られ、RNase P酵素を持たず、成熟tRNAの5′末端から転写が始まるようにプロモーターが配置されている[73]。ヌクレオチジルトランスフェラーゼ（英語版）によって、テンプレート化されていない3′CCA尾部が付加される[74]。tRNAがLos1/Xpo-t（英語版）によって細胞質へ輸送される前に[75][76]、tRNAはアミノアシル化（英語版）される[77]。プロセシング過程の順序は保存されていない。たとえば、酵母では、スプライシングは核内ではなく、ミトコンドリア膜の細胞質側で行われる[78]。

それにもかかわらず、2021年3月、研究者らは、転移RNAの予備的な形態が、生命のごく初期の発生、すなわち生命起源における複製分子であった可能性を示唆する証拠を報告した[79][80]。

歴史

tRNAの存在は、RNAアルファベットからタンパク質アルファベットへの翻訳を媒介するアダプター分子が存在するはずだという仮定に基づいて、フランシス・クリックにより「アダプター仮説（英語版）（adaptor hypothesis）」として最初に提唱された。ポール・C・ザメクニック（英語版）とマーロン・ホーグランド（英語版）がtRNAを発見した[81]。1960年代初頭、ボストンの2人の研究者、アレクサンダー・リッチとドナルド・キャスパー（英語版）、プリンストン大学のジャック・R・フレスコ（英語版）のグループ、キングス・カレッジ・ロンドンの英国グループによって、構造に関する重要な研究が行われた[82]。1965年、コーネル大学のロバート・W・ホリーが一次構造を報告し、3つの二次構造が示唆された[83]。ウィスコンシン州のマディソンで、ロバート・M・ボックによって初めてtRNAが結晶化された[84]。その後の数年間に、いくつかの研究によってクローバー葉構造が確認され[85]、1974年にX線結晶構造解析を用いて最終的に確認された。2つの独立したグループ、アレクサンダー・リッチ率いるキム・ソンホウ（英語版）と、アーロン・クルーグ率いる英国のグループが、1年以内に同じ結晶学的な発見を発表した[86][87]。

訳語について

学術用語集では植物学編・遺伝学編が「転移RNA（運搬RNA）」、動物学編が「運搬RNA」としている（すべて増訂版）。JISの生体工学用語(K3610)では「転移RNA」である。一般には「転移RNA」の方が好んで用いられる傾向にあるが、高校教育では「運搬RNA」が用いられている。

参照項目

脚注

[脚注の使い方]
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外部リンク

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構成要素
リボ核酸
デオキシリボ核酸
核酸アナログ（英語版）
クローニングベクター
主要な生体物質
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アルコール
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脂質
エイコサノイド
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ステロイド
核酸
核酸塩基
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タンパク質
タンパク質を構成するアミノ酸/アミノ酸の代謝中間体
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ヘムの代謝中間体

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