10.2: 発現の調節は複数のステップで行われます

遺伝子発現は、遺伝子からタンパク質までのほぼすべてのステップで制御することができます。トランスクリプションは、最も一般的に規制されているステップです。これには、DNA上の短い調節配列へのタンパク質の結合が含まれます。この会合は、それぞれの配列に関連する遺伝子の転写を促進または阻害することができます。

転写により、エクソンとイントロンの両方からなる前駆体(pre-mRNA)が生成され、タンパク質に翻訳される前にさらなる処理が必要になります。これは、非コード領域の除去とコード領域の融合を含むmRNAスプライシングによって行われます。mRNAプロセシングは、特定のエクソンのスキップ、選択的スプライシング、イントロンの包含など、スプライシングパターンのバリエーションを通じて、調節メカニズムとしても使用できます。

3’末端にpoly-Aテールを付加し、成熟mRNAを産生するための5’キャップを付加することも、RNAプロセシング中の調節ポイントです。ポリアデニル化シグナルの変動によって、ポリAテールがmRNAのどこに追加されるかが制御されます。場合によっては、3’末端に複数のポリAシグナルが存在し、3’非翻訳領域の長さが変わりますが、最終的なタンパク質産物は同じになります。しかし、mRNAの安定性と翻訳電位は異なる場合があり、それによって産生されるタンパク質の量が変わる可能性があります。他の場合では、遺伝子配列内のイントロンまたはエクソン上に追加のポリAシグナルが存在し、ポリアデニル化のスプライシング部位の変動を引き起こし、pre-mRNAの同じ鎖から異なるタンパク質が生じる可能性があります。メチル化グアノシンで構成される5’キャップの付加は、2つのメカニズムによって制御されます。1つは、グアノシンにメチル基を付加するメチルトランスフェラーゼの調節です。 もう1つは、メチル化につながる細胞シグナル伝達経路の調節によるものです。

次に、成熟したmRNAは、翻訳されるために核孔複合体(NPC)を介して核から細胞質に輸送される必要があります。これは、mRNAによって調節され、RNA結合タンパク質とリボ核素粒子として知られる複合体を形成します。NPCは、複合体内のmRNAのみが細胞質に通過することを許可します。mRNAが翻訳のために細胞質に入ると、そのmRNAは、特定の制御によって個別に、またはグループの一部として標的化されるか、または細胞質内の他のすべてのmRNAと共通の制御を受けることができます。特定の制御では、タンパク質やさまざまな種類のRNAなどの特定のトランス作用要素が転写を調節します。一般的な調節では、翻訳機構に関与するタンパク質が活性化または阻害され、それがすべての転写産物の翻訳に影響を与えます。最も一般的な翻訳調節メカニズムは、翻訳開始因子の変更です。

遺伝子発現は、酵素触媒による可逆的修飾がタンパク質の機能を変化させることができる翻訳後修飾によっても調節できます。一般的な翻訳後修飾はリン酸化であり、これはキナーゼとして知られる酵素によって行われます。一方、タンパク質の脱リン酸化は、ホスファターゼと呼ばれるタンパク質によって行われます。タンパク質のリン酸化は、その活性化または不活性化を引き起こし、その機能を変化させる可能性があります。