Eボックス

Eボックス（エンハンサーボックス）は、一部の真核生物に見られるDNA応答エレメントで、タンパク質結合部位として機能し、神経細胞、筋肉、その他の組織における遺伝子発現を調節することがわかっています。 ^{[ 1 ]}その特異的なDNA配列CANNTG（Nは任意のヌクレオチド）は、回文配列CACGTG ^{[ 2 ]}を持ち、転写因子によって認識され結合して遺伝子転写を開始します。転写因子がEボックスを介してプロモーターに結合すると、他の酵素がプロモーターに結合してDNAからmRNAへの転写を促進します。

Eボックスは、 1985年に利根川進の研究室とウォルター・ギルバートの研究室の共同研究で、免疫グロブリン重鎖エンハンサーの制御要素として発見されました。 ^{[ 3 ] [ 4 ]}彼らは、組織特異的転写エンハンサー要素の140塩基対の領域が、異なる組織や配列で異なるレベルの転写促進に十分であることを発見しました。彼らは、特定の組織によって作られたタンパク質がこれらのエンハンサーに作用して、細胞分化中に一連の遺伝子を活性化すると示唆しました。

1989年、デビッド・ボルティモアの研究室は、最初の2つのEボックス結合タンパク質であるE12とE47を発見した。^{[ 5 ]}これらの免疫グロブリンエンハンサーは、bHLHドメインを介してタンパク質にヘテロ二量体として結合することができた。1990年には、免疫グロブリン軽鎖エンハンサーに結合できる別のEタンパク質であるITF-2A（後にE2-2Altと改名）が発見された。 ^{[ 6 ]} 2年後、 HeLa細胞のcDNAライブラリーをスクリーニングすることにより、3番目のEボックス結合タンパク質であるHEBが発見された。 ^{[ 7 ]} 1997年にはE2-2のスプライスバリアントが発見され、筋肉特異的遺伝子のプロモーターを阻害することがわかった。 ^{[ 8 ]}

それ以来、研究者たちは、Eボックスがいくつかの真核生物の遺伝子転写に影響を与えることを確立し、Eボックスのコンセンサス配列を識別するEボックス結合因子を発見した。^{[ 9 ]}特に、いくつかの実験では、Eボックスが概日時計を構成する転写-翻訳フィードバックループの不可欠な部分であることが示されている。

Eボックス結合タンパク質は転写活性の調節において重要な役割を果たします。これらのタンパク質は通常、二量体として結合できる基本ヘリックスループヘリックスタンパク質構造モチーフを含んでいます。^{[ 10 ]}このモチーフは、 1つ以上のβターンを形成する短いアミノ酸配列によって隔てられた2つの両親媒性αヘリックスから構成されています。これらのαヘリックス間の疎水性相互作用が二量体化を安定化させます。さらに、各bHLHモノマーは、bHLHモノマーとEボックス間の認識を媒介するのに役立つ塩基性領域を持っています（塩基性領域はDNAの主溝と相互作用します）。DNAモチーフ（「CAGCTG」対「CACGTG」）に応じて、bHLHタンパク質は異なる塩基性残基のセットを持っています。

E-box結合はマウスではZn2 ^{+によって調節される。E-boxの上流約23}ヌクレオチドに位置するCTリッチ領域（CTRR）は、E-box結合、転写活性化（遺伝子発現速度の増加）、および概日遺伝子BMAL1 / NPAS2およびBMAL1/ CLOCK複合体の転写において重要である。^{[ 11 ]}

異なるEボックスの結合特異性は、その機能において不可欠であることがわかっています。異なる機能を持つEボックスは、異なる数と種類の結合因子を持っています。^{[ 12 ]}

Eボックスのコンセンサス配列は通常CANNTGですが、類似した配列を持つ非標準Eボックスと呼ばれる他のEボックスも存在します。これらには、以下が含まれますが、これらに限定されません。

• CACGTT配列はマウスPeriod2（PER2 ）遺伝子の上流20bpに位置し、その発現を調節する^{[ 13 ]。}
• CAGCTT配列はMyoDコアエンハンサー内に見つかった^{[ 14 ]}
• ヒトおよびラットのAPOEの近位プロモーター領域にあるCACCTCGTGAC配列は、リポタンパク質のタンパク質成分である。^{[ 15 ]}

Eボックス制御遺伝子と概日時計の関連性は、1997年にHao、Allen、およびHardin（テキサスA&M大学生物学部）がショウジョウバエのperiod（per）遺伝子のリズム性を解析した際に発見された。^{[ 16 ]}彼らは、per遺伝子の上流にある69 bpのDNA断片内に概日転写エンハンサーを発見した。PERタンパク質のレベルに応じて、このエンハンサーはLD（明暗）条件とDD（常時暗）条件の両方で高レベルのmRNA転写を誘導した。このエンハンサーは高レベルの遺伝子発現には必要だが、概日リズムには必要ではないことがわかった。また、BMAL1/CLOCK複合体の標的として独立して機能する。

Eボックスは概日遺伝子において重要な役割を果たしており、これまでにPER1、PER2、BHLHB2、BHLHB3、CRY1、DBP、Nr1d1、Nr1d2、RORCの9つのE/E'BOX制御概日遺伝子が同定されている。^{[ 17 ]} Eボックスは複数の概日遺伝子と関連しているため、それに関連する遺伝子やタンパク質は「（概日）システムにおける重要かつ脆弱なポイント」である可能性がある。^{[ 18 ]}

Eボックスは、概日リズムの位相に関連する上位5つの転写因子ファミリーの1つであり、ほとんどの組織に存在します。^{[ 19 ]}視交叉上核、肝臓、大動脈、副腎、白色脂肪組織、脳、心房、心室、前頭前皮質、骨格筋、褐色脂肪組織、頭蓋骨には、合計320個のEボックス制御遺伝子が存在します。

E-box のような CLOCK 関連要素 (EL-box; GGCACGAGGC) も、時計制御遺伝子の概日リズムの維持に重要です。E-box と同様に、E-box のような CLOCK 関連要素も BMAL1/CLOCK の転写を誘導することができ、その結果、他の EL-box 含有遺伝子 (Ank、DBP、Nr1d1) の発現につながります。^{[ 20 ]}ただし、EL-box と通常の E-box には違いがあります。DEC1とDEC2 の抑制は、EL-box よりも E-box に対してより強い影響を与えます。さらに、異なるコンセンサス配列 (CACNAG、N-box として知られる) に結合できる HES1 は、EL-box に対して抑制効果を示しますが、E-box に対しては抑制効果を示しません。

非標準的なEボックスとEボックス様配列の両方が概日振動に重要である。これに関する最近の研究では、標準的なEボックスまたは非標準的なEボックスに続いて6塩基対の間隔を挟んだEボックス様配列の組み合わせが概日転写に必要であるという仮説が立てられている。^{[ 21 ]}インシリコ解析でも、このような間隔が他の既知の時計制御遺伝子にも存在することが示唆されている。

Eボックスに結合して遺伝子転写に影響を与えるタンパク質はいくつか存在する。

BMAL1/CLOCKがEボックスとどのように相互作用するかの構造的基盤は不明ですが、最近の研究では、 BMAL1/CLOCKのbHLHタンパク質ドメインは、Eボックスとともに結晶化された他のbHLH含有タンパク質、例えばMyc/Maxと非常に類似していることが示されています。^{[ 39 ]}この高親和性結合をサポートするには特定の塩基が必要であると推測されています。さらに、概日Eボックス周辺領域の配列制約は完全には理解されていません。概日転写が起こるためには、Eボックスが遺伝子配列内で互いにランダムに離れていることが必要であるが十分ではないと考えられています。Eボックスに関する最近の研究は、より多くの結合タンパク質を見つけることと、結合を阻害するより多くのメカニズムを発見することを目的としていました。

南京大学医学部の研究者らは、 FBXL3 （Fボックス/ロイシンリッチリピートタンパク質）の振幅がEボックスを介して発現することを発見した。^{[ 40 ]}彼らはFBXL3欠損マウスを研究し、概日周期の長さに影響を与えることで概日リズムのフィードバックループを調節することを発見した。

2013年4月4日にハーバード大学医学部の研究者らが発表した研究では、Eボックスの両側のヌクレオチドが、Eボックス自体に結合できる転写因子に影響を与えることが明らかになった。^{[ 41 ]}これらのヌクレオチドは、DNA鎖の3次元空間配置を決定し、結合する転写因子のサイズを制限する。この研究では、生体内鎖と試験管内鎖の結合パターンに違いがあることも明らかになった。

• 米国国立医学図書館のE-Box+Elements （医学主題見出し（MeSH））