遺伝子からタンパク質へ

遺伝子に蓄えられた情報は2つの段階で発現します。転写はDNAをRNAに複製し、翻訳はRNAを3つの塩基からなるコドンとして読み取り、タンパク質を組み立てます。

Definition

遺伝子発現とは、遺伝子のヌクレオチド配列がRNAに転写され、タンパク質をコードする遺伝子の場合には、メッセンジャーRNA中のコドンによって指定されるアミノ酸配列を持つポリペプチドに翻訳されるプロセスです。

Scope

このトピックでは、転写とメッセンジャーRNAの合成、スプライシング、キャッピング、ポリアデニル化を含む真核生物におけるRNAプロセシング、トリプレットコドンを持つ遺伝暗号の構造とほぼ普遍性、翻訳における転移RNAとリボソームの役割、およびポリペプチド合成の段階について扱います。これは、典型的な遺伝子発現経路をたどるものであり、遺伝子の発現時期と発現量の調節については、遺伝子調節の項目で扱われます。

Core questions

• RNAポリメラーゼはどのように遺伝子を転写し、真核生物では転写産物はどのように処理されますか？
• 遺伝暗号のどのような特性が、64個のコドンが20個のアミノ酸と停止シグナルを指定することを可能にしていますか？
• 転移RNAとリボソームはどのようにコドン配列をタンパク質に翻訳しますか？
• 遺伝暗号が縮重しており、ほぼ普遍的であると説明されるのはなぜですか？

Key concepts

• 転写とメッセンジャーRNA
• RNAプロセシング：スプライシング、キャッピング、ポリアデニル化
• トリプレット遺伝暗号とコドン-アンチコドン対合
• 転移RNA、リボソーム、および翻訳
• 暗号の縮重とほぼ普遍性

Mechanisms

RNAポリメラーゼは鋳型鎖の相補的なRNAコピーを合成します。真核生物では、一次転写産物はキャッピングされ、イントロンを除去するためにスプライシングされ、ポリアデニル化されます。その後、成熟したメッセンジャーRNAはリボソームでコドンごとに読み取られ、そこで転移RNAがアンチコドン対合によって各コドンに適合するアミノ酸を供給し、開始コドンから終止コドンまでポリペプチドを構築します。

Clinical relevance

発現を理解することは、コーディング領域やスプライス部位の変異がどのように疾患を引き起こすかを説明し、メッセンジャーRNAワクチンやアンチセンス治療の基礎となり、特定の配列変化がタンパク質産物にどのように影響するかを解釈する根拠となります。

History

クリックは1950年代後半にアダプター仮説とセントラルドグマを提唱し、ナイレンバーグとコラナは1960年代初頭にコドンをアミノ酸に割り当てることで遺伝暗号を解読しました。そして、1977年のスプリット遺伝子とRNAスプライシングの発見は、真核生物に特有のプロセシング段階を追加しました。

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Sydney Brenner

Seminal works

• crick1958

Frequently asked questions

遺伝暗号が縮重しているとはどういう意味ですか？

ほとんどのアミノ酸が複数のコドンによって指定されることを意味します。つまり、いくつかの異なるトリプレットが同じアミノ酸をコードできるため、この冗長性により、多くの単一塩基変化がタンパク質を変化させるのを防ぐことができます。

転写と翻訳の違いは何ですか？

転写は遺伝子のDNAを相補的なRNA分子に複製するのに対し、翻訳はそのRNAを鋳型としてタンパク質を組み立て、リボソームで3つのヌクレオチドコドンとして配列を読み取ります。