プロモーターと転写因子

転写が開始されるDNA配列の目印と、それらを読み取って遺伝子のオン/オフを切り替え、その出力を調整するタンパク質。

Definition

プロモーターとは、遺伝子の転写開始を指示するDNA領域であり、転写因子とは、プロモーターおよびエンハンサー配列に結合してRNAポリメラーゼを動員または調節し、それによって遺伝子が転写されるかどうか、およびその量を制御するタンパク質です。

Scope

このトピックでは、シス作用性DNA要素（コアプロモーター、近位要素、遠位エンハンサー）と、それらに結合するトランス作用性タンパク質（ポリメラーゼを配置するために必要な一般転写因子、および特定の遺伝子を活性化または抑制する配列特異的調節因子）について扱います。これらの要素と因子がどのように組み合わさって、遺伝子がいつ、どの程度の強さで転写されるかを決定するかに焦点を当てます。制御回路の下流のロジックは、遺伝子制御の領域で展開されます。

Core questions

• プロモーターを定義する配列要素は何であり、それらはどこに位置していますか？
• 一般転写因子はどのようにポリメラーゼの配置を助けますか？
• 配列特異的因子はどのように特定の遺伝子を活性化または抑制しますか？
• 遠位エンハンサーはプロモーターでの転写にどのように影響しますか？

Key theories

転写因子による組み合わせ制御

遺伝子の転写は、そのプロモーターとエンハンサーに結合する活性化因子と抑制因子の特定の組み合わせによって設定されるため、限られた数の因子レパートリーで多数の異なる発現パターンを特定できます。

モジュール型シス制御要素

コアプロモーターはポリメラーゼを配置する一方、エンハンサーのような別個の近位および遠位要素は制御因子に結合し、遠隔で作用するため、制御DNAはモジュール型で組み合わせ可能です。

Mechanisms

一般転写因子はコアプロモーターに集合してRNAポリメラーゼを動員し、正確に配置することで、基本装置を形成します。配列特異的転写因子は、DNA結合ドメインを介してプロモーターおよびエンハンサーの標的部位に結合し、別個の活性化ドメインまたは抑制ドメインを使用して、コアクチベーター、コリプレッサー、およびクロマチン修飾複合体を動員します。エンハンサーは、介在するDNAをループさせることで長距離にわたって作用し、結合した因子が基本装置と接触することで、多くの入力を単一レベルの転写に統合します。

Clinical relevance

プロモーター、エンハンサー、および転写因子の変異は、発達障害や癌を引き起こし、転写因子は集中的に研究されている治療標的です（臨床的ガイダンスではなく、その重要性として位置づけられています）。

History

1970年代から1980年代にかけての細菌およびウイルスのプロモーターの解析により、保存されたプロモーター配列が定義され、最初の配列特異的真核生物転写因子のクローニングにより、現在分子生物学の標準となっている遺伝子制御の組み合わせ的、モジュール的見方が確立されました。

Key figures

• Robert Tjian
• Mark Ptashne

Seminal works

• lodish2016
• alberts2014

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、ポリメラーゼが配置される開始部位の隣接DNAであり、エンハンサーは、多くの場合遠く離れた場所にあり、結合した因子を介して転写を促進する制御要素です。

すべての転写因子は遺伝子をオンにしますか？

いいえ。転写を増加させる活性化因子もあれば、転写を減少または阻害する抑制因子もあります。そのバランスが遺伝子の出力を決定します。