調節遺伝子

遺伝学において、調節遺伝子、調節因子、または調節遺伝子は、1 つ以上の他の遺伝子の発現の制御に関与する遺伝子です。調節遺伝子をコードする調節配列は、多くの場合、制御する遺伝子の転写開始部位の5' 末端にあります。さらに、これらの配列は、転写開始部位の 3' 末端にも存在します。どちらの場合も、調節配列が制御する遺伝子の前 (5') または後 (3') のどちらにあっても、その配列は転写開始部位から数キロベース離れていることがよくあります。調節遺伝子はタンパク質をコードする場合もあれば、マイクロRNAをコードする遺伝子の場合のようにRNAレベルで機能する場合もあります。調節遺伝子の例としては、オペレーターの活性を阻害するリプレッサータンパク質をコードする遺伝子 (リプレッサータンパク質に結合して RNA ポリメラーゼを介した RNA からタンパク質への翻訳を阻害する遺伝子) があります。^[1]

原核生物では、調節遺伝子はリプレッサータンパク質をコードすることが多い。リプレッサータンパク質はオペレーターまたはプロモーターに結合し、RNAポリメラーゼがRNAを転写するのを防ぐ。これらは通常、絶えず発現しているため、細胞には常にリプレッサー分子が供給されている。^[2] 誘導因子はリプレッサータンパク質の形状を変化させるか、そうでなければDNAに結合できないようにし、RNAポリメラーゼが転写を継続できるようにする。調節遺伝子はオペロン内、オペロンに隣接、または遠くに位置することができる。^[3]

その他の調節遺伝子は活性化タンパク質をコードします。活性化タンパク質は DNA 分子上の部位に結合し、近くの遺伝子の転写を増加させます。原核生物では、よく知られている活性化タンパク質は、 lac オペロンの正の制御に関与するカタボライト活性化タンパク質(CAP) です。

進化発生生物学（evo-devo）で研究されている遺伝子発現の制御においては、活性化因子と抑制因子の両方が重要な役割を果たしている。 ^[4]

調節遺伝子は、細胞を取り巻く環境条件に基づいて、正の調節因子または負の調節因子として説明することもできます。正の調節因子は、RNA ポリメラーゼがプロモーター領域に結合して転写が起こるようにする調節要素です。lac オペロンに関しては、正の調節因子は CRP-cAMP 複合体であり、lac 遺伝子の転写開始部位の近くに結合する必要があります。この正の調節因子が結合すると、RNA ポリメラーゼが lac 遺伝子配列のプロモーターにうまく結合できるようになり、lac 遺伝子(lac Z、lac Y、および lac A) の転写が促進されます。負の調節因子は、RNA ポリメラーゼがプロモーター領域に結合するのを妨げて転写を抑制する調節要素です。lac オペロンに関しては、負の調節因子は lac リプレッサーであり、RNA ポリメラーゼが通常結合するのと同じ部位でプロモーターと結合します。 lacリプレッサーがRNAポリメラーゼの結合部位に結合すると、lac遺伝子の転写が阻害されます。インデューサーがlacリプレッサーに結合した場合にのみ、結合部位が解放され、RNAポリメラーゼがlac遺伝子の転写を実行できるようになります。^[5]^[6]^[7]

遺伝子調節要素

プロモーターは遺伝子の先頭にあり、転写機構が組み立てられ、遺伝子の転写が始まる場所として機能します。エンハンサーは特定の場所、時間、レベルでプロモーターをオンにし、「プロモーターのプロモーター」と簡単に定義できます。サイレンサーは、特定の時点と場所で遺伝子の発現をオフにすると考えられています。境界要素とも呼ばれる絶縁体は、シス調節境界を作成する DNA 配列であり、1 つの遺伝子の調節要素が隣接する遺伝子に影響を与えるのを防ぎます。一般的な定説は、これらの調節要素は、特定の DNA 配列に結合してmRNA転写を制御するタンパク質である転写因子の結合によって活性化されるというものです。1 つの調節要素を活性化するために、その要素に結合する必要がある転写因子が複数ある可能性があります。さらに、転写補因子と呼ばれる他のいくつかのタンパク質が転写因子自体に結合して転写を制御します。^[8]^[9]

ネガティブなレギュレーター

負の調節因子は転写や翻訳を妨げる働きをする。例えばcFLIPは癌のような病理学的障害につながる細胞死のメカニズムを抑制するため、薬剤耐性において重要な役割を果たしている。このような因子の回避は癌治療における課題である。^{[10 ] 癌における細胞死の負の調節因子には}cFLIP、Bcl ₂ ファミリー、Survivin、HSP、IAP、NF-κB、Akt、mTOR、FADD などがある。^[10]

検出

調節遺伝子を検出するにはさまざまな技術がありますが、その中でも特に頻繁に使用される技術がいくつかあります。これらの数少ない技術の 1 つが ChIP チップです。ChIP チップは、2 つのコンポーネントシステム応答調節因子の転写因子のゲノム結合部位を決定するために使用される生体内技術です。in vitro マイクロアレイベースのアッセイ (DAP チップ) は、2 つのコンポーネントシグナル伝達システムの遺伝子ターゲットと機能を決定するために使用できます。このアッセイは、応答調節因子がアセチルリン酸などの小分子ドナーを使用して in vitro でリン酸化され、活性化されるという事実を利用しています。^[11]^[12]

系統学的フットプリント

系統学的フットプリンティングは、多重配列アライメントを利用して、調節要素などの保存された配列の位置を決定する技術です。多重配列アライメントに加えて、系統学的フットプリンティングでは、保存された配列と保存されていない配列の統計的割合も必要です。多重配列アライメントと統計的割合によって提供される情報を使用して、関心のある相同領域で最もよく保存されているモチーフを特定できます。^[13]^[14]

参考文献

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外部リンク

植物転写因子データベース
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http://www.britannica.com/science/regulator-gene
https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/gene-expression-16/regulation-of-gene-expression-111/原核生物対真核生物の遺伝子式-453-11678/

[1] 「調節遺伝子 - Biology-Online Dictionary」www.biology-online.org . 2016年2月6日閲覧。

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