転写因子：作用機序、種類、機能 - 生物学 - 2025

転写因子は、遺伝子転写に必要な調節「アクセサリー」タンパク質です。転写は遺伝子発現の最初のステップであり、DNAに含まれる情報をRNA分子に転送します。RNA分子は、その後処理されて遺伝子産物を生成します。

RNAポリメラーゼIIは、ほとんどの真核生物遺伝子の転写に関与する酵素であり、いくつかの小さなRNAに加えて、後でタンパク質に翻訳されるメッセンジャーRNAを生成します。この酵素は、一般的または基礎的な転写因子として知られているタイプの転写因子の存在を必要とします。

転写因子タイプ«ロイシン閉鎖»（出典：I、ウィキメディア・コモンズ経由のスプレット）

しかし、真核生物と原核生物と古細菌の両方に「非一般的な」タンパク質があり、組織特異的な遺伝子転写の調節に関与しているため、これらは自然界に存在する唯一の転写因子ではありません（多細胞生物）または様々な刺激に応答して遺伝子活性の調節に。

これらの転写因子は非常に重要なエフェクターであり、遺伝子発現の主要な調節源であるため、事実上すべての生物に見られます。

さまざまな種類の生物におけるさまざまな転写因子の詳細な研究は、特定の領域がDNAとの相互作用に関与し、他の要素が刺激または抑制効果を生み出すモジュール構造を持っていることを示しています。

次に、転写因子は、DNA配列の変化とは関係なく、エピジェネティックな変化とは関係のない遺伝子発現パターンのモデリングに参加します。これらの変化を研究する責任がある科学は、エピジェネティクスとして知られています。

作用機序

それらの機能を実行するために、転写因子は特定のDNA配列を特異的に認識および結合して、DNAのその領域の転写に正または負の影響を与えることができなければなりません。

真核生物のすべてのII型遺伝子の転写と基本的に同じである一般的な転写因子は、最初に遺伝子のプロモーター領域に集まり、ポリメラーゼ酵素の位置と二重の「開口部」を指示しますプロペラ。

プロセスは、いくつかの連続したステップで行われます。

-一般的な転写因子TFIIDの、「TATAボックス」として知られる遺伝子のチミン（T）およびアデニン（A）の反復配列への結合。これは、プロモーター領域への他のタンパク質の結合に必要なDNAの歪みを引き起こします。

-その他の一般的な因子（TFIIB、TFIIH、TFIH、TFIIE、TFIIFなど）とRNAポリメラーゼIIのその後のアセンブリ。これにより、転写開始複合体と呼ばれるものが形成されます。

-開始複合体の放出、TFIIH因子によるポリメラーゼのリン酸化、および転写される遺伝子の配列からのRNA分子の転写および合成の開始。

転写の活性化と抑制

議論したように、「一般的でない」転写因子は、遺伝子発現を正または負のいずれかに調節することができる。

アクティベーション

これらのタンパク質のいくつかは、構造的DNA結合ドメインに加えて、酸性アミノ酸残基、グルタミン、またはプロリン残基が豊富な、活性化ドメインと呼ばれる他のモチーフを含んでいます。

これらの活性化ドメインは、一般的な転写因子の複合体の要素、または複合体と直接相互作用する関連するコアクチベーター分子と相互作用します。この相互作用により、転写複合体の構築が刺激されるか、その活性が増加します。

抑圧

ほとんどの転写因子は、積極的に作用する転写因子の活動を妨害して転写を阻害し、それらの刺激効果をブロックします。それらはDNAへの陽性因子の結合をブロックすることによって、またはクロマチン構造を不活性化する因子に作用することによって機能することができます。

他の阻害因子は、転写因子を活性化する作用を阻害することなく、直接転写を阻害することによって作用します。そして、それらは転写の基礎レベルを、活性化因子の非存在下で達成されるレベルよりもさらに低いレベルに減少させる。

活性化タンパク質と同様に、リプレッサー因子は、基礎または一般的な転写因子と直接的または間接的に作用します。

タイプ

ほとんどの転写因子は、そのDNA結合ドメインの特性または同一性に従って分類されますが、DNAと直接相互作用せず、転写因子として知られている転写因子として分類されるものもあります。 「間接」。

直接転写因子

それらは最も一般的な転写因子です。それらはDNA結合ドメインを有し、DNAの特定の領域に結合することにより遺伝子発現を活性化または阻害することができます。それらは、特にそれらのDNA結合ドメインおよびそれらのオリゴマー化の状態に関して互いに異なる。

このタイプの因子の最も研究され、認識されているファミリーは次のとおりです。

Helix-Turn-Helix（「helix-turn-helix 」、HTH）

これは、発見されたDNA結合ドメインを持つ最初の因子ファミリーであり、多くの真核生物および原核生物のタンパク質に存在します。その認識モチーフは、αヘリックス、スピン、2番目のαヘリックスで構成されています。

それらは、ターンの領域のグリシンドメインと、HTHユニットの2つのらせんの配置の安定化に役立ついくつかの疎水性残基を保存しています。

ホメオドメイン

それは多数の真核生物調節タンパク質に存在します。最初のシーケンスはショウジョウバエの発生調節タンパク質で認識されました。このドメインには、伸長したN末端アームに加えて、DNAを結合するHTHモチーフと追加のαヘリックスが含まれています。

ジンクフィンガー

それらはアフリカツメガエル転写因子TFIIIAで発見され、真核生物の遺伝子調節の多くの側面に関与することが示されています。それらは、分化および成長シグナルによって誘発されるタンパク質、癌原遺伝子、およびいくつかの一般的な転写因子に見られます。

それらは、様々なシステインおよびヒスチジン残基を含む30残基のジンクフィンガーモチーフのバッチリピートの存在によって特徴付けられます。

ステロイド受容体

このファミリーには、ホルモン結合のためのドメインを持つことに加えて、DNA結合ドメインを持ち、一般に転写活性化因子として作用する重要な調節タンパク質が含まれています。

結合ドメインには70個の残基が含まれ、そのうち8個は保存されたシステイン残基です。一部の著者は、4つのシステインの2つのセットが存在する場合、これらの要因がジンクフィンガーのペアを形成する可能性があると考えています。

ロイシン閉鎖とらせんループらせん（「らせんループらせん」）

これらの転写因子は、ヘテロ二量体の形成により分化と発生および機能に関与しています。ロイシン閉鎖ドメインは、さまざまな真核生物タンパク質で観察され、2つのサブドメインによって特徴付けられます。二量体化を仲介するロイシン閉鎖とDNA結合の基本領域です。

Βシートモチーフ

それらは主に真核生物の因子に見られ、逆平行βシートによるDNAへの結合によって区別されます。

間接転写因子

このタイプの転写因子は、DNAとの直接的な相互作用ではなく、DNAと相互作用する他の転写因子とのタンパク質間相互作用を通じて、遺伝子発現にその調節効果を発揮します。それが「間接的」と呼ばれる理由です。

最初に説明するのは、VP16として知られる単純ヘルペスウイルス（HSV）のトランス活性化因子で、細胞がこのウイルスに感染するとファクターOct-1に結合し、特定の遺伝子の転写を刺激します。

このタイプの因子は、DNAに結合するものと同様に、遺伝子の転写を活性化または抑制できるため、それぞれ「コアクチベーター」および「コリプレッサー」と呼ばれています。

規制

これらのタンパク質は2つのレベルで調節できます。それらは、合成とその活性において、さまざまな変数と複数の状況に依存します。

合成の規制

その合成の調節は、特定の転写因子の組織特異的発現に関連している可能性があります。この例としては、骨格筋細胞でのみ合成され、未分化の線維芽細胞前駆細胞の分化に必要なMyoD因子があります。

合成の調節は基本的に特定の細胞型および組織における遺伝子発現の制御に使用されますが、応答に関与する遺伝子の誘導に関与する因子の合成も調節されるため、これが唯一の方法ではありません。さまざまな刺激に。

活動の規制

転写因子のもう1つの調節メカニズムは、その活性の調節です。これは、特定の因子の活性に正または負の効果を及ぼす他の既存の転写因子の活性化に関係しています。

これらの「二次」因子の活性化は、通常、とりわけ、リガンド結合、タンパク質間相互作用の変化、リン酸化などのさまざまなメカニズムを通じて発生します。

役割と重要性

転写因子は、胚発生、成長および分化、細胞周期の制御、変動する環境条件への適応、細胞および組織固有のタンパク質合成パターンの維持など、さまざまなプロセスに関与しています。

たとえば、植物では、防御やさまざまな種類のストレスへの反応において重要な機能を持っています。動物の骨形成は、転写因子だけでなく、さまざまな細胞株の他の多くの分化プロセスによっても制御されていることがわかっています。

生物におけるこれらのタンパク質の重要性を考えると、これらの調節要素の変化が深刻な病理学的変化を引き起こすと考えることは珍しくありません。

ヒトの場合、転写因子に関連する病状は、発達障害（例えば、転写因子の不活性化を引き起こす突然変異による）、ホルモン応答の障害または癌であり得る。

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