メディエーター（コアクティベーター）

メディエーターは、すべての真核生物において転写共活性化因子として機能する多タンパク質複合体である。1990年に、 2006年のノーベル化学賞を受賞したロジャー・D・コーンバーグの研究室で発見された。^{[1] [2]}メディエーター^{[a]複合体は、}転写因子およびRNAポリメラーゼIIと相互作用する。メディエーター複合体の主な機能は、転写因子からポリメラーゼにシグナルを伝達することである。^[3]

メディエーター複合体は、進化、構成、構造のレベルで変化します。^[3]最初の画像は、特定のメディエーター複合体が何から構成されているかを示す「スナップショット」の 1 つにすぎませんが、^[b]生体内での複合体の構造を正確に表しているわけではありません。進化の過程で、メディエーターはより複雑になりました。酵母菌(単純な真核生物) は、コアメディエーターに最大 21 個のサブユニット (CDK モジュールを除く) を持つと考えられており、哺乳類は最大 26 個のサブユニットを持っています。

個々のサブユニットは、さまざまな条件下では欠落したり、他のサブユニットに置き換えられたりすることがあります。また、メディエータータンパク質には本質的に無秩序な領域が多く存在し、これが他の結合タンパク質やタンパク質複合体の有無にかかわらず見られる構造の柔軟性に寄与している可能性があります。CDKモジュールのないメディエーター複合体のより現実的なモデルは、2番目の図に示されています。^[4]

メディエーター複合体は、RNAポリメラーゼIIによる転写を成功させるのに必要である。メディエーターは、転写開始前複合体でポリメラーゼと接触することが示されている。^[3] DNAが存在しない状態でポリメラーゼとメディエーターが会合する最近のモデルを左の図に示す。^[4] RNAポリメラーゼIIに加えて、メディエーターは転写因子およびDNAとも会合する必要がある。このような相互作用のモデルを右の図に示す。^[5]メディエーターの異なる形態は、必ずしもモデルの1つが正しいことを意味するわけではないことに注意されたい。むしろ、それらの違いは、メディエーターが他の分子と相互作用する際の柔軟性を反映している可能性がある。^[c]たとえば、エンハンサーとコアプロモーターに結合した後、メディエーター複合体は組成変化を起こし、キナーゼモジュールが複合体から解離してRNAポリメラーゼIIと会合し、転写が活性化される。^[6]

メディエーター複合体は細胞核内に存在し、酵母のほぼすべてのクラスII遺伝子プロモーターの転写に必要である。 ^[7]哺乳類でも同様に機能する。メディエーターはコアクチベーターとして機能し、RNAポリメラーゼIIホロ酵素のC末端ドメインに結合して、この酵素と転写因子の間の橋渡しとして機能する。^[8]

酵母メディエーター複合体は、真核生物リボソームの小さなサブユニットとほぼ同じ大きさです。酵母メディエーターは25個のサブユニットで構成されていますが、哺乳類メディエーター複合体はわずかに大きいです。^[3]メディエーターは、ヘッド、ミドル、テール、および一時的に関連するCDK8キナーゼモジュールの4つの主要な部分に分けられます。^[10]

メディエーターサブユニットには「スプライン」と呼ばれる本質的に無秩序な領域が多数あり、これがメディエーターの構造変化を可能にして複合体の機能を変化させるのに重要と考えられます。^{[3] [d]}この図は、Med 14 サブユニットのスプラインが柔軟性を保ちながら複合体の大部分を連結している様子を示しています。^{[4] [e]}

サブユニットを欠いたメディエーター複合体が発見または生成されている。これらの小さなメディエーターは、一部の活動では正常に機能しますが、他の機能は欠いています。^[3]これは、サブユニットの一部がより大きな複合体の一部でありながら、ある程度独立した機能を持っていることを示しています。

構造的変異のもう一つの例は脊椎動物に見られ、サイクリン依存性キナーゼモジュールのサブユニットの3つのパラログが3つの独立した遺伝子複製イベントとそれに続く配列の分岐によって進化した。 ^[3]

メディエーターは特定のタイプの非コードRNA、ncRNA-aと安定した会合を形成するという報告がある。 ^{[11] [f]これらの安定した会合は}生体内での遺伝子発現を制御することも示されており、ヒトの疾患であるFG症候群を引き起こすMED12の変異によって阻害される。^[11]このように、メディエーター複合体の構造は、RNAだけでなくタンパク質性転写因子によっても増強される可能性がある。^[3]

メディエーターはもともとRNAポリメラーゼIIの機能にとって重要であることから発見されましたが、転写開始部位での相互作用以外にも多くの機能を持っています。^[3]

メディエーターは転写開始に不可欠な要素です。メディエーターは、R​​NAポリメラーゼIIと一般的な転写因子TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIHで構成される開始前複合体と相互作用して、転写を安定化し、開始します。^[12]出芽酵母におけるメディエーター-RNAポリメラーゼII接触の研究では、複合体の形成におけるTFIIB-メディエーター接触の重要性が強調されています。開始複合体におけるメディエーターとTFIIDの相互作用が示されています。^[10]

コアプレイニシエーション複合体に関連するコアメディエーター（cMed）の構造が解明されました。^[12]

転写開始前複合体は、メディエーター、転写因子、ヌクレオソーム^{[13] [14] [g]}、RNAポリメラーゼIIを含み、転写開始のためにポリメラーゼを配置するために重要です。RNA合成が起こる前に、ポリメラーゼはメディエーターから解離する必要があります。これは、キナーゼによるポリメラーゼの一部のリン酸化によって達成されるようです。重要なのは、メディエーターと転写因子は、ポリメラーゼが転写を開始する時点ではDNAから解離しないということです。むしろ、複合体はプロモーターに留まり、別のRNAポリメラーゼをリクルートして次の転写ラウンドを開始します。^{[3] [h]}

酵母中のメディエーターがtRNAのRNAポリメラーゼIII（Pol III）転写産物の調節に関与していることを示唆する証拠がいくつかある^[15] 。その証拠を裏付けるように、独立した報告では、サッカロミセス・セレビシエにおけるメディエーターとPol IIIの特異的な関連性が示された。^[16]これらの著者らはまた、RNAポリメラーゼIと転写伸長およびRNA処理に関与するタンパク質との特異的な関連性を報告しており、メディエーターが伸長および処理に関与しているという他の証拠を裏付けている。^[16]

メディエーターはクロマチンの「ループ」に関与しており、これにより染色体の離れた領域が物理的に近づきます。^[3]上記のncRNA-a ^[11]はこのようなループに関与しています。^[i] エンハンサーRNA（eRNA）も同様に機能します。^[3]

ユークロマチンのループ形成に加えて、メディエーターはセントロメアとテロメアにおけるヘテロクロマチンの形成や維持にも関与していると思われる。^[3]

細胞膜でのTGFβシグナル伝達は、 2つの異なる細胞内経路をもたらします。そのうちの1つはMED15に依存し、^[j]もう1つはMED15に依存しません。^[17]ヒト細胞とCaenorhabditis elegansの両方で、MED15はSREBPを含む経路を介して脂質恒常性に関与しています^[18]モデル植物であるArabidopsis thalianaでは、MED15の相同遺伝子が植物ホルモンサリチル酸によるシグナル伝達に必要であり、 ^{[19] MED25は}低酸素（環境） 、ジャスモン酸、日陰シグナル伝達応答の転写活性化に必要です。^{[20] [21] [22] [23]} CDKモジュールの2つのコンポーネント（MED12とMED13）はWntシグナル伝達経路に関与している^{[3] MED23は}RAS / MAPK / ERK経路に関与している^[3]この簡略化されたレビューは、個々のメディエーターサブユニットの多様性を示し、メディエーターがシグナル伝達経路のエンドポイントであるという考えにつながる。^[3]

メディエーターの様々なヒト疾患への関与が検討されている。^{[24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34]}疾患を引き起こすシグナル伝達経路とメディエーターのサブユニットとの相互作用を1つ阻害しても、正常な機能に必要な転写全体を阻害しない可能性があるため、メディエーターのサブユニットは治療薬の魅力的な候補である。^[3]

酵母の細胞を非常に穏やかに溶解し、続いてメディエーターサブユニット（Med 17）に対する抗体で共免疫沈降する方法により、これまでに報告または予測されていた相互作用のほとんどが確認され、これまで疑われていなかったさまざまなタンパク質とメディエーターの多くの特異的相互作用が明らかになりました。^[16]

すべてのメディエーターサブユニットについて議論することはこの記事の範囲を超えていますが、サブユニットの 1 つに関する詳細は、他のサブユニットについて収集される可能性のある情報の種類を示しています。

マイクロRNAは多くのタンパク質の発現制御に関与している。Med1はmiR-1の標的であり、癌における遺伝子制御に重要である。^[35]腫瘍抑制因子miR-137もMED1を制御する。^[36]

ヌル変異体は妊娠初期（胎齢11.5日）に死亡する。^{[37] [38]}低形成変異体（2日長く生存できる）を調査したところ、胎盤の欠陥が主に致命的であり、心臓と肝臓の発達にも欠陥があったが、他の多くの臓器は正常であったことが判明した^[38]

マウスでは、特定の時期に特定の細胞や組織にのみ影響を与える条件付き突然変異を生じさせることができ、マウスを成体まで成長させ、成体の表現型を研究することができます。あるケースでは、MED1 が雄マウスの減数分裂のタイミングを制御することに関与していることがわかりました。 ^[39]ケラチノサイトの条件付き突然変異は、皮膚の傷の治癒に違いを示します。^[40]マウスの条件付き突然変異は、歯上皮を表皮上皮に変化させ、切歯に関連する毛の成長を引き起こすことがわかりました。^[41]

研究対象となったすべての真核生物において、メディエーター複合体は少なくとも31のサブユニットから構成されています：MED1、MED4、MED6、MED7、MED8、MED9、MED10、MED11、MED12、MED13 、 MED13L 、MED14、MED15、MED16、MED17、MED18、MED19、MED20、MED21、MED22、MED23、MED24 、 MED25 、 MED26、MED27、MED28、MED29、MED30、MED31、CCNC、CDK8。真菌特有の成分は3つあり、Med2、Med3、Med5と呼ばれています。^[42]

サブユニットは、少なくとも 3 つの構造的に異なるサブモジュールを形成します。ヘッド モジュールとミドル モジュールはRNA ポリメラーゼ II と直接相互作用しますが、伸長したテール モジュールは遺伝子特異的調節タンパク質と相互作用します。CDK8 モジュールを含むメディエーターは、このモジュールを持たないメディエーターよりも転写活性化をサポートする活性が低くなります。

• ヘッド モジュールには、MED6、MED8、MED11、SRB4/MED17、SRB5/MED18、ROX3/MED19、SRB2/MED20、SRB6/MED22 が含まれています。
• 中間のモジュールには、MED1、MED4、NUT1/MED5、MED7、CSE2/MED9、NUT2/MED10、SRB7/MED21、SOH1/MED31 が含まれます。CSE2/MED9 は MED4 と直接相互作用します。
• テール モジュールには、MED2、PGD1/MED3、RGR1/MED14、GAL11/MED15、SIN4/MED16 が含まれています。
• CDK8 モジュールには、MED12、MED13、CCNC、CDK8 が含まれています。1 つ以上の異なるサブユニットを欠くメディエーター複合体の個々の調製物は、ARC、CRSP、DRIP、PC2、SMCC、TRAP などさまざまな名前で呼ばれています。

以下はメディエーター複合体サブユニットの種間比較である。^{[42] [43]}