Loading article…
分子生物学において、終結シグナルは転写または翻訳の終了を知らせる配列である。[1]終結シグナルは、 mRNAの転写中に転写されている染色体の部分の末端に見られる。終結シグナルは転写を停止させ、染色体の遺伝子をコードする部分だけが転写されるようにする。[1]転写は、 DNAからmRNAへの転写を促進する酵素であるRNAポリメラーゼがプロモーターに結合し、DNAのらせん構造をほどき、一本鎖DNAを鋳型としてRNAを合成することでプロモーターから始まる。 [1] RNAポリメラーゼが終結シグナルに到達すると、転写は終了する。[1]細菌では、内因性ターミネーターと因子依存性ターミネーターの2種類の終結シグナルが主に存在している。[1]翻訳の文脈では、終結シグナルは、リボソームから成長中のペプチドの放出を引き起こすmRNA上の終止コドンである。[2]
終結シグナルは遺伝子転写の終わりを示し、細胞内でどのDNA配列が発現するかを決定するため、遺伝子発現の調節において重要な役割を果たします。 [1]特定の遺伝子の発現レベルは、抗終結として知られるシグナル終結因子を阻害することで増加することができ、これにより転写が終結シグナル部位を超えて継続できるようになります。[1]これは特定の細胞条件下では望ましい場合があります。[1]
さらに、転写や翻訳において終結シグナルが見落とされ、終結シグナルを過ぎた不要な転写や翻訳が生じることもあります。[3]この問題を解決するために、終結シグナルを最適化して終結効率を高めることができます。[3]
細菌終結シグナル
細菌における終結シグナルには、内因性終結シグナルと因子依存性終結シグナルの2種類がある。 [4]内因性終結シグナルは、成長中のRNA鎖上の特定の配列がRNAポリメラーゼをRNA-DNA複合体から分離させることで起こる。[4]大腸菌では、内因性終結シグナルの1つは、グアニンとシトシンを多く含むRNAヘアピンと、ウラシル 核酸塩基を多く含む領域から構成される。[4]
因子依存性終結因子は、適切な終結のためにタンパク質を必要とする。[4]一例として、細菌に見られる一般的な終結メカニズムであるrho依存性終結があり、Rhoタンパク質が結合してDNA-RNA複合体からRNAポリメラーゼを除去する。[4]
反終結
抗終結にはシグナル終結因子の阻害が含まれる。[4] RNAポリメラーゼは終結シグナルに反応してRNAから分離するのを防ぎ、下流の遺伝子発現を増加させる。[4]
抗終結はさまざまな方法で起こります。[4]抗終結因子の中には、RNAヘアピンの生成を阻害することで終結シグナルを阻害するものもあれば、RNAポリメラーゼに結合してRNAポリメラーゼに終結シグナルを過ぎても転写を継続させるタンパク質であるものもあります。[4]細胞の環境によっては、抗終結が細胞の生存に非常に重要になる場合があります。[4]これらの抗終結メカニズムは、細胞がストレス下にあるときに非常に重要であり、厳しい状況下で必要な下流遺伝子の発現を増加させることができます。[4 ]
終端信号効率
転写
T7 RNAポリメラーゼの終結効率は約74%で、T7 RNAポリメラーゼを使用して組み換えタンパク質を生成する場合に問題が生じます。[3]このプロセスでは、標的遺伝子がプラスミドに挿入され、 T7プロモーターによって制御されます。T7 RNAポリメラーゼは標的遺伝子の転写に使用されます。[3]終結の非効率性により、リードスルーによって、宿主細胞の機能に重要な可能性のある下流遺伝子の制御が増加する可能性があります。[3]標的遺伝子挿入部位の下流にある選択マーカー遺伝子と、制御タンパク質をコードする遺伝子は、結果として発現が変化する可能性があります。 [3]したがって、組み換えタンパク質を適切に生成するには、宿主細胞内でプラスミドを安定させるために、転写の適切な終結が必要です。 [ 3 ]さまざまな終結シグナル成分から終結シグナルを操作することで、より高い終結効率をもたらす終結シグナルを特定する研究が行われています。[3]いくつかの人工終結シグナルは99%もの終結効率をもたらし、これはT7 RNAポリメラーゼに関連する天然の終結効率74%から大幅に改善されたものである。[3]
翻訳
翻訳において、終結効率は終結シグナル（終止コドン）のコンテキストに依存します。[2]伝統的に、翻訳の終結シグナルは、終止コドンと呼ばれる 3 つの核酸塩基配列です。[2]研究により、終止コドンの周囲の核酸塩基が終結効率に影響を与える可能性があることが示されています。[2]具体的には、4 番目の塩基（終止コドンの直後の核酸塩基）が終結効率に大きな影響を与えます。[2]特に、4 番目の位置の核酸塩基がプリン（アデニンまたはグアニン）の場合、終結効率が向上します。[2] 4 番目の位置の ピリミジン（シトシンまたはウラシル）は、終結効率を低下させます。[2]高度に発現した遺伝子は、4 番目の位置にプリンが存在するため、終結効率が高くなることがわかっています。[2]
参考文献
- ^ abcdefgh Pelley, John W. (2012年1月1日)、Pelley, John W. (編)、「16 – RNA転写と遺伝子発現の制御」、Elsevier's Integrated Review Biochemistry (第2版)、フィラデルフィア: WB Saunders、pp. 137–147、ISBN 978-0-323-07446-9、 2021年10月15日閲覧
- ^ abcdefgh McCaughan, KK; Brown, CM; Dalphin, ME; Berry, MJ; Tate, WP (1995 年 6 月 6 日). 「哺乳類の翻訳終結効率は終止コドンに続く塩基によって影響を受ける」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 92 (12): 5431–5435. Bibcode :1995PNAS...92.5431M. doi : 10.1073/pnas.92.12.5431 . ISSN 0027-8424. PMC 41708 . PMID 7777525.
- ^ abcdefghi Mairhofer, Juergen; Wittwer, Alexander; Cserjan-Puschmann, Monika; Striedner, Gerald (2015 年 3 月 20 日). 「T7 RNA ポリメラーゼのリードスルー転写の防止 - バイオプロセスの安定性を向上させる合成終結シグナル」. ACS Synthetic Biology . 4 (3): 265–273. doi :10.1021/sb5000115. PMID 24847676. S2CID 5263873.
- ^ abcdefghijk Santangelo, Thomas; Artsimovitch, Irina (2011年5月9日). 「終結と抗終結: RNAポリメラーゼは停止標識を実行する」. Nature Reviews Microbiology . 9 (5): 319–329. doi :10.1038/nrmicro2560. PMC 3125153. PMID 21478900 .
- メリル、ゲイリー F. 博士「転写」、オレゴン州立大学ヴァイゲンド校の生化学 451 一般生化学で 2006 年 6 月 6 日に配布された講義ノート。