転写後および翻訳後制御

遺伝子発現は、RNAが転写された後、およびタンパク質が合成された後も引き続き制御されます。転写後制御はRNAのプロセシング、輸送、および運命を形成し、一方、翻訳後制御は完成したタンパク質を修飾、局在化、および分解します。これらは、転写のみによって決定される範囲を超えて、機能的な遺伝子産物の同一性と量を微調整します。

Definition

転写後および翻訳後制御は、最終的な活性遺伝子産物の補体を決定するために、転写後のRNA（プロセシング、修飾、安定性、および翻訳）および合成後のタンパク質（共有結合修飾、局在化、および分解）に作用する制御プロセスを指します。

Scope

このトピックでは、選択的スプライシング、RNA編集、RNA結合タンパク質および小型制御RNAの作用などの転写後イベント、ならびに共有結合性タンパク質修飾（特にリン酸化）およびユビキチン-プロテアソーム系を介した制御されたタンパク質分解を含む翻訳後イベントについて扱います。これはメカニズム的な分子トピックであり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• 1つの遺伝子がどのようにして複数の異なるタンパク質産物を生み出すのでしょうか？
• タンパク質の活性は、合成された後にどのようにオンまたはオフに切り替えられるのでしょうか？
• 細胞は、もはや必要のないタンパク質をどのようにして迅速に除去するのでしょうか？
• RNA結合タンパク質と小型RNAは、転写産物の運命をどのように形成するのでしょうか？

Key concepts

• 選択的スプライシング
• RNA編集とRNAの化学修飾
• RNA結合タンパク質
• マイクロRNAによる制御
• タンパク質リン酸化およびその他の共有結合修飾
• ユビキチン-プロテアソーム分解
• 制御されたタンパク質局在化

Mechanisms

転写後、一次転写産物はプロセシングされ、異なる方法でスプライシングされて異なるメッセンジャーRNAを生成し、単一遺伝子からのタンパク質レパートリーを拡大する可能性があります。RNA編集と修飾はさらに転写産物を多様化させます。モジュラードメインを介して配列および構造的特徴を認識するRNA結合タンパク質は、スプライシング、輸送、局在化、安定性、および翻訳を制御し、マイクロRNAなどの小型RNAは標的転写産物を抑制します。タンパク質が合成されると、その機能は翻訳後に制御されます。可逆的な共有結合修飾（タンパク質キナーゼの大きなファミリーによるリン酸化が最も広範です）は、活性、相互作用、または局在化を変化させます。タンパク質の存在量も制御された分解によって制御されます。タンパク質にユビキチンをタグ付けすることは、プロテアソームによる分解の目印となり、タンパク質の作用を終了させる迅速かつ選択的な手段を提供します。これらのメカニズムが連携して、どの遺伝子産物がどのような形で、どのくらいの期間存在するかを決定します。

Clinical relevance

スプライシング、タンパク質修飾、およびユビキチン-プロテアソーム系の欠陥は、多くの疾患に関与しており、これらのメカニズムは細胞がシグナル伝達とタンパク質の品質を制御する方法の中心です。この項目は教育的背景であり、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではありません。

History

20世紀後半を通じて、遺伝子発現は転写をはるかに超えて制御されていることが示されました。選択的スプライシングは単一遺伝子からタンパク質を多様化させることが発見され、ユビキチン-プロテアソーム系（2004年のノーベル化学賞を受賞した研究）はハーシュコとチエハノバーによって特徴づけられ、タンパク質リン酸化は主要な制御修飾として浮上しました。マンニングらが発表したヒトキノームのカタログ（2002年）などのゲノム規模の調査、RNA結合タンパク質のレビュー、およびマイクロRNA制御の発見は、転写後および翻訳後の全体像を拡張しました。

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

1つの遺伝子から複数のタンパク質がどのように生成されるのですか？

選択的スプライシングは遺伝子のエクソンを異なる組み合わせで結合させることができ、RNA編集と修飾はさらなる多様性を加えるため、単一の遺伝子から複数の異なるメッセンジャーRNAとタンパク質産物が生成される可能性があります。

タンパク質の活性は、合成された後にどのように制御されるのですか？

可逆的な共有結合修飾（例えばリン酸化）、局在化の変化、およびユビキチン-プロテアソーム系による制御された分解などの翻訳後メカニズムを介して制御されます。