プロモーターとシス作用性エレメント

プロモーターおよびその他のシス作用性エレメントは、制御する遺伝子と同じ分子上に位置するDNA配列であり、転写がどこで開始され、どのように調節されるかを決定します。これらはRNAポリメラーゼおよび制御タンパク質のための結合プラットフォームを提供し、その構成が遺伝子発現の強度、タイミング、および組織特異性を設定します。

Definition

プロモーターは、遺伝子の転写開始を指示するシス作用性DNA領域です。より広義のシス作用性エレメントは、転写機構および制御タンパク質の結合部位として機能することにより、転写を調節する同一分子上のDNA配列です。

Scope

このトピックでは、転写開始部位を決定するコアプロモーター（TATAボックスやイニシエーターなどのエレメントを含む）、近位および遠位の調節配列（エンハンサー、サイレンサー、インスレーター）、およびクロマチン特徴がどのように活性プロモーターをマークするかを扱います。シス作用性（同一分子上）配列と、それらを読み取るトランス作用性タンパク質とを区別し、参照・教育レベルで記述されています。

Core questions

• 転写がどこで、どの程度の強度で開始されるかを指定するDNA配列はどれですか？
• 遠位エンハンサーは、ゲノム上の長い距離を越えてプロモーターにどのように影響しますか？
• シス作用性エレメントとトランス作用性因子は何が異なりますか？

Key concepts

• コアプロモーターと転写開始部位
• TATAボックスとイニシエーターエレメント
• エンハンサーとサイレンサー
• インスレーター
• CpGアイランドプロモーター
• シス調節とトランス調節
• エンハンサーRNA

Mechanisms

コアプロモーターには、TATAボックスやイニシエーターなどの短い配列モチーフが含まれており、これらが基本転写機構を配置し、開始部位を定義します。一方、エレメントの正確な組み合わせがプロモーターの強度と応答性を調整します。遠位エンハンサーは、標的プロモーターとの接触をループ形成によって行い、配向と距離にほとんど依存せずに作用します。インスレーターは調節ドメインを区切ります。ヒト細胞では、ほとんどの活性プロモーターは特徴的なクロマチンマークを持ち、多くはCpGアイランドに埋め込まれており、一部のエンハンサー自体は、その調節活性を伴う非コードRNAに転写されます。

Clinical relevance

プロモーターやエンハンサーにおける変異やバリアントは、遺伝子量を変え、遺伝性疾患や後天性疾患の一因となる可能性があり、多くの疾患関連遺伝子バリアントは、コード配列ではなく、このような調節領域に存在します。この項目は、これらの配列を参照レベルで記述するものであり、個人のバリアントの臨床的解釈の根拠となるものではありません。

History

1980年代の古典的なプロモーターおよびエンハンサーの研究は、短いコアエレメントとエンハンサーの長距離作用を定義しました。SmaleとKadonagaによる2003年のレビューは、RNAポリメラーゼIIコアプロモーターを統合し、その後のゲノム規模のクロマチンおよび転写マッピングは、プロモーターがどのようにマークされ、転写されるものを含むエンハンサーがどのように遺伝子発現を組織化するかを示しました。

Key figures

• Stephen T. Smale
• James T. Kadonaga
• Joanna Wysocka
• Richard A. Young

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

プロモーターとエンハンサーの違いは何ですか？

プロモーターは、転写機構を配置する遺伝子の開始部位の配列であるのに対し、エンハンサーは、プロモーターと接触することにより、遠隔から、かつどちらの向きでも転写を促進できる調節配列です。

シス作用性とはどういう意味ですか？

シス作用性エレメントは、同じDNA分子上の遺伝子を調節するDNA配列であり、これに対しトランス作用性因子は、位置に関わらず標的配列に作用する拡散性のタンパク質（またはRNA）です。