プロモーター
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プロモーター(Promoter)とは転写DNA からRNA を合成する段階)の開始に関与する遺伝子の上流領域[注釈 1]を指す。プロモーターに基本転写因子が結合して転写が始まる。
原核細菌のプロモーター

主に大腸菌の研究からプロモーターの中でも特に保存されている部分的配列(配列要素、element)が明らかになった[注釈 2]。これらの配列要素はRNAポリメラーゼが実際に結合する領域(大腸菌の場合60 bp)にはない[1]
転写開始点

転写開始点は90%以上の場合でプリン塩基である[1]。CATという塩基配列の中央であることが比較的多いが、よく保存されているとは言い難い。
-35ボックスと-10ボックス

真正細菌のプロモーターにはRNAポリメラーゼを強力に引き寄せる2つの仕組みがある。一つは転写開始点から35 bp上流にある?35ボックス (?35領域または?35配列 とも)、もう一つは10 bp、より正確には?18??9上流[1]の?10ボックス(?10領域または?10配列とも。当初は発見者のデビット・プリブノーにちなんでプリブノーボックスとも呼ばれていた[2])である[注釈 1]。2つは15?19 nt[3]、例外的に長いもので20 nt離れる[1]

現在、数千ものプロモーターが調べられ、これら各ボックスにおける典型(共通配列、コンセンサス配列)が明らかになっている。共通配列とは現れる頻度の顕著な塩基配列であり、下図1に示す。図2に、各構成塩基ごとの存在する確率を記す。各ボックスが共通配列に完全に一致すると転写開始は劇的に頻発するだろう。実際には一致する例は少ないが、類似度合いの大きさがプロモーターの強さ(転写の頻度)となる。実際、各ボックスを典型に近づける突然変異は優勢変異といい、プロモーターを強力にして転写開始を促す[2]。逆に、類似性を下げる変異である劣勢変異を受けたプロモーターは弱い[2]。劣性変異の様相は受けるボックスによって変わり、?35ボックスの場合は閉鎖型複合体を形成する速度を減少させる[4]。?10ボックスでは、閉鎖型複合体に問題はないがそこから開放型複合体になるのは遅い。このことから?35ボックスはRNAポリメラーゼに認識される部位、?10ボックスは二重らせんをほどくのに重要な部位だと考えられている。

例外的に、一方または両方のボックスを持たないプロモーターも存在する[4]。この場合、補助因子がRNAポリメラーゼの認識を助ける。また、両ボックス以外の、最初に転写される+1?+30の領域もRNAポリメラーゼとDNAの結合の安定性に影響する[4]

大腸菌の中には、?35ボックスの代わりにいわゆる「延長した?10ボックス」を持つものもいる[5]。この配列とRNAポリメラーゼとの間の接触が?35ボックスの欠如を補う。例として、ガラクトース代謝に関与するgal 遺伝子群がある。

このほか、?10ボックスのすぐ下流にRNAポリメラーゼと結合する弁別要素が発見された。酵素とプロモーターの作る複合体[注釈 3]の安定性に影響を与える。プロモーターの各要素は サブユニットの一つであるσ因子と結合してRNAポリメラーゼを誘導する。どのように結合するのかはRNAポリメラーゼ#σ因子に詳述している。 上流     プロモーター              mRNAに転写される領域   下流 5'----------|TTGACa(-35)|---------|TAtAaT(-10)|----------------------|T|------------3' 3'----------|AACTGt(-35)|---------|ATaTtA(-10)|----------------------|T|------------5'                             |転写開始点                             |--------------------->                                mRNA図1.プロモーター配列と転写開始位置の位置関係[2]出現頻度が50%以上の塩基は大文字で、以下のものは小文字にして示す。

T : ターミネーター

-10 : -10ボックス

-35 : -35ボックス
-10ボックス:T(80)A(95)T(45)A(60)A(50)T(96)-45ボックス:T(82)T(84)G(78)A(65)C(54)A(45)図2.-10ボックスと -35ボックスの共通配列および各塩基の存在確率[1]確率の百分率を各構成塩基の右に () 内で記す。
UPエレメント

コアプロモーターエレメントという、?10ボックスも?35ボックスも含む極めて強いプロモーターには、さらに上流にUPエレメントまたは上流要素と呼ばれる特殊な塩基配列を含むものがある。これはαサブユニットに特異的に結合することで、転写開始段階において外れやすいRNAポリメラーゼのDNAとの結合を強化する[5]。たとえば、大腸菌にはrRNAをコードする7個の遺伝子 (rrn gene) があるが、これらにはUPエレメントが存在する。結果、増殖など大量のrRNAが必要なときには7個のrrn遺伝子だけで細胞中の転写の大部分を占める。そのうちの一つrrnB P1遺伝子はUPエレメントにより転写頻度が40倍増強されるという[2]。 -60 -50 -40 -30 -20 -10 +1 。 。 。 。 。 。 |5’----T[CAGAAAATTATTTTAAATTTC]CTC[TTGTCA]GGCCGGAATAACTCCC[TATAAT]GCGCCACCACT---3' UPエレメント       -45ボックス      -10ボックス図3.rrnB P1 プロモーターの概略 <ref name='weaver140' />
その他の制御装置

rrn geneのプロモーターを制御するのはその塩基配列だけではない。開始NTP (iNTP) とグアノシン5'二リン酸3'二リン酸 (ppGpp) の2つの小さな分子も外部から制御を行う[6]。iNTP存在下は転写産物の材料であるヌクレオチド濃度が高いようだ。INTPは開放型プロモーター複合体を安定化することで転写開始を促す。一方、細胞内のアミノ酸濃度が低く、タンパク質合成がしにくいときはrRNAの合成も必要なくなる。リボソームはアミノ酸を持たないtRNAが結合すると、アミノ酸の不足を感知する。すると、RelAというリボソーム関連タンパク質が警告を受け、ppGppを合成する。警告(alarm)からppGppをアラーモンと呼ぶ。開放型プロモーターをさらに不安定にし、転写を抑制する。
真核生物のプロモーター

真核生物の場合、真正細菌プロモーターの-10領域に相当する、5'-TATAAA-3' の共通配列を持つ領域(TATAボックスあるいはゴールドバーグ・ホグネス・ボックスと呼ばれる)が-25あるいはさらに上流に存在する。転写開始位置はこのTATA ボックスが決定している場合が多い。

この他、-100?-60の範囲に存在する5'-CCAAT-3' の共通配列を持つ領域(CAAT ボックスと呼ばれる)や、-60?-40の範囲に存在する5'-GGCGGG-3' の共通配列を持つ領域(GC ボックスと呼ばれる)がよく知られているが、これらは転写の促進に働いていると考えられている。

真核生物の場合、RNAポリメラーゼには3つの種類があり、Pol I、Pol II、Pol IIIと呼び分けられる。転写開始に必要となる因子、プロモーター領域の配列、転写の様式はそれぞれ異なる。それぞれが担当する遺伝子のプロモーターについて次の各項にて紹介する。

また、同じく転写開始を制御しながら転写開始点からとても離れたエンハンサーもある。プロモーターと同様に機能する配列を持ち、またプロモーターに結合するタンパク質と相互作用する。プロモーターとエンハンサーの違いはむしろ便宜的で、どちらに分類しても差し支えのない配列もある。
クラスIプロモーター

クラスIプロモーターがコードするのはrRNA前駆体だけである。例外として、トリパノソーマという原核生物で発見された2種類の遺伝子はRNAポリメラーゼIによりタンパク質を発現する[7]。そのため、1つのゲノムに何百とあるがその配列は全く同じ。しかし、生物種ごとの多様性は、配列要素をいくつも持つクラスIIプロモーターよりはるかに大きい。保存された配列は転写開始部位を囲むATが豊富なイニシエーター initiator:rINR だけしか確認されていない[注釈 2][7]


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