遺伝子発現

遺伝子発現とは、遺伝子に含まれる情報を用いて、タンパク質や機能的なRNA分子などの機能的な遺伝子産物が生成されるプロセスです。このプロセスには、遺伝子配列のRNAへの転写を含む複数のステップが含まれます。タンパク質コード遺伝子の場合、このRNAはさらにアミノ酸鎖へと翻訳され、タンパク質へと折り畳まれます。一方、非コード遺伝子の場合、結果として得られたRNA自体が細胞内で機能的な役割を果たします。遺伝子発現により、細胞は遺伝子内の遺伝情報を利用して、幅広い生物学的機能を発揮することができます。発現レベルは細胞のニーズや環境の変化に応じて調節されますが、一部の遺伝子はほとんど変化することなく継続的に発現します。[ 1 ]

機構

転写

RNA ポリメラーゼが DNA に沿って移動し、新しく合成された RNA 鎖を残します。
転写のプロセスは RNA ポリメラーゼ (RNAP) によって実行され、DNA (黒) をテンプレートとして使用して RNA (青) を生成します。

DNA鎖からRNAコピーを生成する過程は転写と呼ばれ、RNAポリメラーゼによって行われます。RNAポリメラーゼは、ヌクレオチド塩基の相補性則に従って、伸長するRNA鎖に一度に1つのリボヌクレオチドを付加します。このRNAは鋳型となる3′→5′DNA鎖と相補的ですが、 [ 2 ] RNA中の チミン（T）がウラシル（U）に置換され、エラーが発生する可能性が高くなります。

細菌 では、転写は1種類のRNAポリメラーゼによって行われ、転写を開始するためにシグマ因子タンパク質（σ因子）の助けを借りてプリブナウボックスと呼ばれるDNA配列に結合する必要があります。真核生物では、転写は核内で3種類のRNAポリメラーゼによって行われ、各RNAポリメラーゼはプロセスを開始するためにプロモーターと呼ばれる特別なDNA配列と一連のDNA結合タンパク質（転写因子）を必要とします（下記の転写の調節を参照）。RNAポリメラーゼIは、リボソームRNA（rRNA）遺伝子の転写を担当します。RNAポリメラーゼII（Pol II）は、すべてのタンパク質コード遺伝子だけでなく、一部の非コードRNA（例：snRNA、snoRNA、または長い非コードRNA）も転写します。RNAポリメラーゼIIIは、 5S rRNA、転移RNA（tRNA）遺伝子、および一部の小さな非コードRNA（例：7SK ）を転写します。ポリメラーゼがターミネーターと呼ばれる配列に遭遇すると、転写は終了します。

mRNA処理

原核生物のタンパク質コード遺伝子の転写は、タンパク質への翻訳準備が整ったメッセンジャーRNA （mRNA）を生成する。一方、真核生物の遺伝子の転写は、RNAの一次転写産物（pre-RNA）を残す。pre-RNAは、まず一連の修飾を受けて成熟RNAとなる。成熟過程に関与する種類と段階は、コードRNAと非コードRNAで異なる。つまり、mRNAとtRNAの両方のpreRNA分子はスプライシングを受けるものの、関与する段階と機構は異なる。[ 3 ]非コードRNAの処理については、以下（非コードRNAの成熟）で説明する。

プレmRNAの処理には5′キャッピングが含まれます。これは、プレmRNAの5′末端に7-メチルグアノシン（m7G ）を付加する一連の酵素反応であり、これによりRNAはエキソヌクレアーゼによる分解から保護されます。[ 4 ] m7Gキャップはその後、キャップ結合複合体ヘテロダイマー（CBP20/CBP80）によって結合され、mRNAの細胞質への輸出を助け、RNAのデキャッピングを防ぎます。[ 5 ]

もう一つの修飾は3′切断とポリアデニル化である。[ 6 ]これらは、ポリアデニル化シグナル配列（5′- AAUAAA-3′）がpre-mRNAに存在する場合に発生し、これは通常、タンパク質コード配列とターミネーターの間にある。[ 7 ] pre-mRNAは最初に切断され、次に一連の約200個のアデニン（A）が追加されてポリ（A）テールが形成され、RNAを分解から保護する。[ 8 ]ポリ（A）テールには、mRNAの輸出と翻訳の再開始に必要な複数のポリ（A）結合タンパク質（PABP）が結合している。 [ 9 ]脱アデニル化の逆の過程では、ポリ（A）テールはCCR4-Not 3′-5′エキソヌクレアーゼによって短縮され、多くの場合、転写産物が完全に分解される。[ 10 ]

pre-mRNA はスプライシングされて成熟した mRNA を形成します。
pre-mRNAのエクソンとイントロン、そしてスプライシングによる成熟mRNAの形成を示す図。UTR（緑色）は、mRNA末端のエクソンの非コード領域です。

真核生物のpre-mRNAの非常に重要な修飾はRNAスプライシングである。真核生物のpre-mRNAの大部分は、エクソンとイントロンと呼ばれる交互のセグメントから構成される。[ 11 ]スプライシングの過程では、スプライソソームとして知られるRNA-タンパク質触媒複合体が2つのエステル交換反応を触媒し、イントロンを除去して投げ縄構造の形で放出し、隣接するエクソンを一緒にスプライシングする。[ 12 ]場合によっては、成熟したmRNAでは一部のイントロンまたはエクソンが除去されるか保持される。[ 13 ]このいわゆる選択的スプライシングにより、単一の遺伝子に由来する一連の異なる転写産物が生成される。これらの転写産物は潜在的に異なるタンパク質に翻訳される可能性があるため、スプライシングは真核生物の遺伝子発現の複雑さと種のプロテオームのサイズを拡大する。[ 14 ]

広範なRNAプロセッシングは、真核生物の核によって可能になった進化上の利点であると考えられる。原核生物では転写と翻訳が同時に起こるのに対し、真核生物では核膜が2つのプロセスを分離し、RNAプロセッシングを行う時間を与えている。[ 15 ]

非コードRNAの成熟

ほとんどの生物において、非コード遺伝子 (ncRNA)は前駆体として転写され、これがさらに処理されます。リボソーム RNA (rRNA) の場合は、1 つ以上の rRNA を含む pre-rRNA として転写されることがよくあります。pre-rRNA は、約 150 種類の異なる小さな核小体限定 RNA 種 (snoRNA) によって特定の部位で切断および修飾 ( 2'- Oメチル化およびシュードウリジン形成) を受けます。snoRNA はタンパク質と結合して snoRNP を形成します。snoRNA 部分が標的 RNA と塩基対を形成して修飾を正確な部位に配置する一方で、タンパク質部分が触媒反応を行います。真核生物、特に snoRNP である RNase では、MRP が45S pre-rRNAを28S rRNA、5.8S rRNA、および18S rRNAに切断します。 rRNAとRNAプロセシング因子は核小体と呼ばれる大きな集合体を形成する。[ 16 ]

例えば、転移RNA（tRNA）の場合、5′配列はRNase Pによって除去されるが[ 17 ]、 3′末端はtRNase Z酵素によって除去され[ 18 ]、非テンプレート3′CCAテールはヌクレオチジルトランスフェラーゼによって付加される。[ 19 ]マイクロRNA（miRNA）の場合、miRNAはまず一次転写産物またはキャップとポリAテールを持つpri-miRNAとして転写され、細胞核内でDrosha酵素とPasha酵素によってpre-miRNAと呼ばれる短い70ヌクレオチドのステムループ構造に処理される。輸出された後、細胞質内でエンドヌクレアーゼDicerとの相互作用によって成熟miRNAに処理され、 Argonauteタンパク質で構成されるRNA誘導サイレンシング複合体（RISC）の形成も開始する。

snRNAとsnoRNA自体も、機能的なRNP複合体の一部となる前に一連の修飾を受ける。[ 20 ]これは核質内またはカハール体と呼ばれる特殊な区画内で行われる。[ 21 ]これらの塩基は、snoRNAと構造的に類似した一群の小さなカハール体特異的RNA（scaRNA）によってメチル化または擬似ウリジン化される。[ 22 ]

翻訳

一部の非コードRNAでは、成熟RNAが最終的な遺伝子産物となる。[ 23 ]メッセンジャーRNA（mRNA）の場合、RNAは1つ以上のタンパク質の合成をコードする情報担体である。単一のタンパク質配列を運ぶmRNA（真核生物で一般的）はモノシストロニックであるのに対し、複数のタンパク質配列を運ぶmRNA（原核生物で一般的）はポリシストロニックとして知られている。

リボソームはメッセンジャーRNAをアミノ酸鎖（タンパク質）に翻訳します。
翻訳中、アミノ酸を担持したtRNAはリボソームに入り、正しいmRNAトリプレットと整列します。その後、リボソームは成長中のタンパク質鎖にアミノ酸を付加します。

すべてのmRNAは、5'非翻訳領域（5'UTR）、タンパク質コード領域またはオープンリーディングフレーム（ORF）、そして3'非翻訳領域（3'UTR）の3つの部分から構成されています。コード領域は、遺伝暗号によってコードされたタンパク質合成情報を担い、トリプレットを形成します。コード領域の各ヌクレオチドトリプレットはコドンと呼ばれ、トランスファーRNA内のアンチコドントリプレットと相補的な結合部位に対応します。同じアンチコドン配列を持つトランスファーRNAは、常に同じ種類のアミノ酸を担っています。その後、アミノ酸はリボソームによってコード領域のトリプレットの順序に従って連結されます。リボソームは、トランスファーRNAがメッセンジャーRNAに結合するのを助け、各トランスファーRNAからアミノ酸を取り出して、構造を持たないタンパク質を生成します。[ 24 ] [ 25 ]各mRNA分子は、哺乳類では平均約2800個の多くのタンパク質分子に翻訳されます。[ 26 ] [ 27 ]

原核生物では、翻訳は一般的に転写の時点で（共転写的に）起こり、多くの場合、生成途中のメッセンジャーRNAが用いられる。真核生物では、書き込まれるタンパク質がどこにあるかによって、細胞の様々な領域で翻訳が起こる。主な場所は、可溶性細胞質タンパク質の場合は細胞質、細胞から輸送されるか細胞膜に挿入されるタンパク質の場合は小胞体膜である。小胞体で生成されるはずのタンパク質は、翻訳過程の途中で認識される。これはシグナル認識粒子によって制御される。シグナル認識粒子は、リボソームに結合し、成長中の（新生）アミノ酸鎖上にシグナルペプチドを見つけると、リボソームを小胞体へと導くタンパク質である。[ 28 ]

規制

オレンジと黒のまだら模様の毛を持つ猫。
三毛猫のまだら模様の色は、皮膚の異なる部位における色素遺伝子の発現レベルの違いによって生じます。

遺伝子発現の制御とは、遺伝子の機能産物の量と発現時期を制御することです。発現の制御は、細胞が必要な時に必要な遺伝子産物を産生するために不可欠です。これにより、細胞は変化する環境、外部からのシグナル、細胞への損傷、その他の刺激に適応する柔軟性を得ます。より一般的には、遺伝子制御は細胞にあらゆる構造と機能の制御を与え、細胞の分化、形態形成、そしてあらゆる生物の多様性と適応性の基礎となります。

遺伝子がどのように制御されるかに応じて、遺伝子の種類を説明するためにさまざまな用語が使用されています。これには次のものが含まれます。

  • 構成遺伝子は、必要なときにのみ転写される条件的遺伝子とは対照的に、継続的に転写される遺伝子です。
  • ハウスキーピング遺伝子は、基本的な細胞機能を維持するために必要な遺伝子であり、通常、生物のあらゆる細胞種で発現します。例としては、アクチン、GAPDH、ユビキチンなどが挙げられます。一部のハウスキーピング遺伝子は比較的一定の速度で転写されるため、これらの遺伝子は他の遺伝子の発現速度を測定する実験において基準値として使用することができます。
  • 条件的遺伝子は、構成的遺伝子とは対照的に、必要な場合にのみ転写される遺伝子です。
  • 誘導性遺伝子とは、その発現が環境の変化に反応するか、細胞周期の位置に依存する遺伝子です。

遺伝子発現のあらゆる段階は、DNA-RNA転写段階からタンパク質の翻訳後修飾に至るまで、調節される可能性があります。最終的な遺伝子産物（RNAであれタンパク質であれ）の安定性も、遺伝子の発現レベルに寄与します。不安定な産物は、低い発現レベルをもたらします。一般的に、遺伝子発現は、分子間の相互作用の数と種類の変化[ 29 ]によって制御され[ 30 ]、これらの相互作用はDNAの転写[ 31 ]とRNAの翻訳[ 32 ]に総合的に影響を及ぼします。

遺伝子発現が重要な場合の簡単な例をいくつか挙げます。

転写

原核生物にラクトースが存在すると、ラクトースは誘導因子として働き、リプレッサーを不活性化してラクトース代謝の遺伝子が転写されるようになります。

転写の制御は、遺伝的（制御因子と遺伝子の直接的な相互作用）、制御因子と転写機構の調節相互作用、およびエピジェネティック（転写に影響を与えるDNA構造の非配列変化）の3つの主な影響経路に分類できます。[ 33 ] [ 34 ]

DNA に結合したラムダリプレ​​ッサー二量体のリボン図。
ラムダ抑制転写因子（緑）は、 DNA標的（赤と青）の主溝に二量体として結合し、転写の開始を阻害します。PDB ：1LMBより。

DNAとの直接的な相互作用は、タンパク質が転写レベルを変化させる最も単純かつ直接的な方法です。[ 35 ]遺伝子は、転写を制御する特定の機能を持つタンパク質結合部位をコード領域の周囲に複数持つことがよくあります。[ 36 ]制御性DNA結合部位には、エンハンサー、インシュレーター、サイレンサーと呼ばれる多くのクラスがあります。[ 37 ]転写を制御するメカニズムは、RNAポリメラーゼのDNA上の重要な結合部位をブロックすることから、活性化因子として作用し、RNAポリメラーゼの結合を助けることで転写を促進することまで、多岐にわたります。[ 38 ]

転写因子の活性は、リン酸化、アセチル化、グリコシル化などのタンパク質翻訳後修飾を引き起こす細胞内シグナルによってさらに調節される。[ 39 ]これらの変化は、転写因子がプロモーターDNAに直接的または間接的に結合したり、RNAポリメラーゼをリクルートしたり、新しく合成されたRNA分子の伸長を促進したりする能力に影響を与える。[ 40 ]

真核生物の核膜は、核内での転写因子の存在期間によって転写因子のさらなる制御を可能にし、これは構造の可逆的な変化と他のタンパク質の結合によって制御されます。[ 41 ]環境刺激または内分泌シグナル[ 42 ]は、制御タンパク質の修飾を引き起こし[ 43 ]、細胞内シグナルのカスケードを誘発し、[ 44 ]遺伝子発現の調節をもたらします。

DNA配列に特異的でない効果が転写に大きな影響を与えることが明らかになっています。[ 45 ]これらの効果はエピジェネティック効果と呼ばれ、DNAの高次構造、配列に特異的でないDNA結合タンパク質、DNAの化学修飾が関与しています。[ 46 ]一般的に、エピジェネティック効果はDNAのタンパク質へのアクセス性を変化させ、転写を調節します。[ 47 ]

ヌクレオソーム構造の漫画表現。
真核生物では、DNAはヌクレオソームの形で構成されています。DNA（青と緑）がヒストン八量体（リボンコイル）からなるタンパク質コアにしっかりと巻き付いており、DNAへのアクセスが制限されていることに注目してください。PDB : 1KX5より。

真核生物では、ヒストンコードによって制御されるクロマチン構造がDNAへのアクセスを制御し、ユークロマチン領域とヘテロクロマチン領域の遺伝子発現に大きな影響を与えます。[ 48 ]

エンハンサー、転写因子、メディエーター複合体、DNAループ

哺乳類における転写の調節。活性エンハンサー調節領域は、染色体ループの形成により、標的遺伝子のプロモーター領域と相互作用できる。これにより、遺伝子の転写開始部位でプロモーターに結合したRNAポリメラーゼII （RNAP II）によるメッセンジャーRNA（mRNA）合成が開始される。ループは、エンハンサーに固定された1つの構築タンパク質とプロモーターに固定された1つの構築タンパク質によって安定化され、これらのタンパク質は結合して二量体（赤いジグザグ）を形成する。特異的調節転写因子は、エンハンサー上のDNA配列モチーフに結合し、一般転写因子はプロモーターに結合する。転写因子がシグナル（ここではエンハンサー上の転写因子上の小さな赤い星で示されるリン酸化として示される）によって活性化されると、エンハンサーが活性化され、標的プロモーターを活性化できる。活性エンハンサーは、結合したRNAP IIによってDNAの各鎖に反対方向に転写される。メディエータータンパク質（相互作用構造にある約 26 個のタンパク質からなる複合体）は、エンハンサー DNA 結合転写因子からプロモーターに制御シグナルを伝達します。

哺乳類における遺伝子発現は、遺伝子の転写開始部位付近、 DNA上流（センス鎖5'領域側）に位置するコアプロモーターやプロモーター近位要素など、多くのシス制御要素によって制御されている。その他の重要なシス制御モジュールは、転写開始部位から離れたDNA領域に局在する。これらには、エンハンサー、サイレンサー、インシュレーター、テザリング要素などがある。[ 49 ]エンハンサーとそれに関連する転写因子は、遺伝子発現の制御において主導的な役割を果たしている。[ 50 ]

エンハンサーは遺伝子を制御するゲノム領域です。エンハンサーは細胞種特異的な遺伝子発現プログラムを制御しますが、多くの場合、標的遺伝子のプロモーターに物理的に近接するために長距離をループします。[ 51 ]複数のエンハンサーは、標的遺伝子から数万から数十万ヌクレオチド離れた位置にあり、標的遺伝子のプロモーターにループし、互いに協調して遺伝子発現を制御します。[ 51 ]

この図は、エンハンサーがループ状に配列し、標的遺伝子のプロモーターに接近する様子を示している。ループはコネクタータンパク質の二量体（例えば、CTCFまたはYY1の二量体）によって安定化されている。二量体の一方のメンバーはエンハンサー上の結合モチーフに、もう一方のメンバーはプロモーター上の結合モチーフにアンカーされている（図では赤いジグザグで示されている）。[ 52 ]細胞機能特異的な転写因子（ヒト細胞には約1,600種類の転写因子が存在する）のいくつかは、[ 53 ]一般的にエンハンサー上の特定のモチーフに結合する。[ 54 ]これらのエンハンサー結合転写因子の小さな組み合わせは、DNAループによってプロモーターに接近すると、標的遺伝子の転写レベルを制御する。メディエーター（通常、相互作用構造を持つ約26種類のタンパク質からなる複合体）は、エンハンサーDNA結合転写因子からの調節シグナルを、プロモーターに結合したRNAポリメラーゼII（pol II）酵素に直接伝達する。[ 55 ]

エンハンサーは、活性化されると、通常、RNAポリメラーゼが2つの異なる方向に作用してDNAの両鎖から転写され、図に示すように2つのeRNAを生成します。[ 56 ]不活性なエンハンサーは、不活性な転写因子と結合することがあります。転写因子のリン酸化によって転写因子が活性化され、活性化された転写因子は、結合しているエンハンサーを活性化することがあります（図中の小さな赤い星印は、エンハンサーに結合した転写因子のリン酸化を表しています）。[ 57 ]活性化されたエンハンサーは、標的遺伝子からのメッセンジャーRNAの転写を活性化する前に、自身のRNAの転写を開始します。[ 58 ]

DNAのメチル化と脱メチル化

DNAメチル化とは、 DNAのシトシンにメチル基が付加されることです。この図は、シトシン単環塩基と5番目の炭素にメチル基が付加された様子を示しています。哺乳類では、DNAメチル化はほぼ例外なく、シトシンとそれに続くグアニンで起こります。

DNAメチル化は、遺伝子発現に対するエピジェネティックな影響を与える広範なメカニズムであり、細菌や真核生物に見られ、遺伝性転写サイレンシングと転写制御に役割を果たしています。メチル化はシトシンに最も多く発生します（図参照）。シトシンのメチル化は、主にシトシンの後にグアニンが続くジヌクレオチド配列、すなわちCpG部位で発生します。ヒトゲノム中のCpG部位の数は約2800万です[ 59 ] 。細胞の種類によって異なりますが、CpG部位の約70%にメチル化されたシトシンがあります[ 60 ] 。

DNA中のシトシンのメチル化は、遺伝子発現の制御において重要な役割を果たしている。遺伝子のプロモーター領域におけるCpGのメチル化は通常、遺伝子の転写を抑制する[ 61 ]一方、遺伝子本体におけるCpGのメチル化は発現を増加させる[ 62 ] 。TET酵素はメチル化シトシンの脱メチル化において中心的な役割を果たす。TET酵素活性による遺伝子プロモーターにおけるCpGの脱メチル化は、遺伝子の転写を増加させる[ 63 ] 。

転写後制御

真核生物では、翻訳が可能になる前にRNAの輸出が必要となるため、核外輸送は遺伝子発現をさらに制御すると考えられています。核内外への輸送はすべて核膜孔を介して行われ、輸送は多様なインポーチンおよびエクスポーチンタンパク質によって制御されています。[ 64 ]

タンパク質をコードする遺伝子の発現は、そのコードを運ぶメッセンジャーRNAが翻訳されるのに十分な時間生存した場合にのみ可能である。[ 65 ]典型的な細胞では、RNA分子は分解から特別に保護されている場合にのみ安定である。[ 66 ] RNAの分解は、mRNAが翻訳される前にかなりの距離を移動しなければならない真核細胞における発現の制御において特に重要である。[ 67 ]真核生物では、RNAは特定の転写後修飾、特に5'キャップとポリアデニル化テールによって安定化される。[ 9 ]

mRNAの意図的な分解は、外来RNA（通常はウイルス由来）からの防御機構としてだけでなく、mRNAを不安定化させる経路としても使用されます。[ 68 ] mRNA分子が低分子干渉RNAと相補的な配列を持っている場合、 RNA干渉経路を介して破壊の標的となります。[ 69 ]

3つの主要な非翻訳領域とマイクロRNA

メッセンジャーRNA （mRNA）の3'-UTR（3プライム非翻訳領域）には、転写後に遺伝子発現に影響を与える調節配列が含まれることが多い。このような3'-UTRには、マイクロRNA（miRNA）の結合部位と調節タンパク質の結合部位の両方が含まれることが多い。[ 70 ] miRNAは3'-UTR内の特定の部位に結合することで、翻訳を阻害するか、転写産物を直接分解させることで、様々なmRNAの遺伝子発現を低下させることができる。[ 71 ] 3'-UTRには、mRNAの発現を阻害するリプレッサータンパク質に結合するサイレンサー領域も含まれる場合がある。[ 72 ]

3′-UTRには、しばしばマイクロRNA応答配列（MRE）が含まれます。MREはmiRNAが結合する配列であり、3′-UTR内でよく見られるモチーフです。3′-UTR内のすべての調節モチーフ（例えばサイレンサー領域を含む）のうち、MREは約半分を占めています。[ 73 ]

2014年現在、miRNA配列とアノテーションのアーカイブであるmiRBaseウェブサイト[ 74 ]には、233生物種における28,645件のエントリが掲載されている。このうち、1,881件のmiRNAがアノテーション付きのヒトmiRNA遺伝子座に存在した。miRNAは平均で約400個の標的mRNA（数百個の遺伝子の発現に影響を与える）を持つと予測されている。[ 75 ] Friedmanら[ 75 ]は、ヒトmRNAの3′UTR内の45,000以上のmiRNA標的部位が背景レベルを超えて保存されており、ヒトタンパク質コード遺伝子の60%以上がmiRNAとの対合を維持するための選択圧を受けていると推定している。

直接的な実験では、単一のmiRNAが数百のユニークなmRNAの安定性を低下させる可能性があることが示されています。[ 76 ]他の実験では、単一のmiRNAが数百のタンパク質の産生を抑制する可能性があるが、この抑制は比較的軽度（2倍未満）であることが示されています。[ 77 ] [ 78 ]

miRNAによる遺伝子発現の調節異常の影響は癌において重要であると思われる。[ 79 ]例えば、消化器癌では、9つのmiRNAがエピジェネティックに変化し、DNA修復酵素のダウンレギュレーションに効果的であることが同定されている。[ 80 ]

miRNAによる遺伝子発現の調節異常の影響は、統合失調症、双極性障害、うつ病、パーキンソン病、アルツハイマー病、自閉症スペクトラム障害などの神経精神疾患においても重要であると考えられる。[ 81 ] [ 82 ]

翻訳

ネオマイシン分子の化学構造。
ネオマイシンは、すべてのタンパク質遺伝子の発現を減少させて必然的に細胞死をもたらす小分子の一例であり、抗生物質として作用します。

翻訳の直接的な制御は転写やmRNAの安定性の制御ほど一般的ではありませんが、時々使用されます。[ 83 ]タンパク質翻訳の阻害は毒素や抗生物質の主な標的であり、正常な遺伝子発現制御を無効にすることで細胞を死滅させることができます。[ 84 ]タンパク質合成阻害剤には、抗生物質のネオマイシンと毒素のリシンが含まれます。[ 85 ]

翻訳後修飾

翻訳後修飾（PTM）は、タンパク質に対する共有結合による修飾である。RNAスプライシングと同様に、プロテオームの多様化に大きく貢献する。これらの修飾は通常、酵素によって触媒される。さらに、アミノ酸側鎖残基への共有結合付加のようなプロセスは、他の酵素によって可逆的に進行することが多い。しかし、タンパク質骨格のタンパク質分解による切断のように、不可逆的な修飾もある。[ 86 ]

PTMは細胞内で多くの重要な役割を果たしている。[ 87 ]例えば、リン酸化は主にタンパク質の活性化と不活性化、およびシグナル伝達経路に関与している。[ 88 ] PTMは転写制御に関与している。アセチル化とメチル化の重要な機能はヒストンテールの修飾であり、これにより転写におけるDNAのアクセス性が変化する。[ 86 ]また、糖化が重要な役割を果たす免疫系でもPTMが見られる。[ 89 ]ユビキチン化がタンパク質をタンパク質分解によって分解されるようにタグ付けする方法に見られるように、あるタイプのPTMは別のタイプのPTMを開始することができる。 [ 86 ]タンパク質分解は、タンパク質の分解に関与する以外に、タンパク質の活性化と不活性化、およびDNA転写や細胞死などの生物学的プロセスの制御にも重要である。[ 90 ]

参照

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