「転写制御因子」の版間の差分

DOI：<selfdoi />　原稿受付日：2013年11月8日　原稿完成日：2014年1月20日<br>

担当編集委員：[http://researchmap.jp/noriko1128 大隅 典子]（東北大学 大学院医学系研究科 附属創生応用医学研究センター [[脳神経]]科学コアセンター 発生発達神経科学分野）<br>

英：transcription factor, transcriptional regulator, transcription regulatory factor　独：Transkriptionsfaktor　仏：facteur de transcription

{{box|text=　転写制御因子は、[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]] [[wikipedia:ja:DNA|DNA]]上の特定の塩基配列に結合し、[[wikipedia:ja:RNAポリメラーゼ|RNAポリメラーゼ]]による[[wikipedia:ja:転写|転写]]を促進あるいは抑制するタンパク質の一群である<ref name=ref1> Tetsuichiro Saito<br>Transcription factor. Encyclopedia of Neuroscience<br> Springer-Verlag Gmbh Berlin Heidelberg: 2009</ref>。DNAに結合するドメインと他のタンパク質などと相互作用し転写制御に関わるドメインを有する。構造上の特徴により、いくつかのファミリーに分類される<ref name=ref1 />。転写制御因子は[[リン酸化]]などの様々な調節を受け、個体発生から脳高次機能までの多くの過程を制御する<ref name=ref2><pubmed>11823631</pubmed></ref><ref name=ref3><pubmed>23498934</pubmed></ref>。転写制御因子をコードすると推測される遺伝子は、[[wikipedia:ja:ヒト|ヒト]]ゲノムにおいて約2000個存在する<ref><pubmed>15193307</pubmed></ref><ref><pubmed>19274049</pubmed></ref>。}}

　遺伝子の転写は、[[wikipedia:ja:RNA|RNA]]ポリメラーゼがDNAを鋳型として相補的な[[wikipedia:ja: RNA|RNA]]を5’から3’の方向へ合成する反応である。転写においてRNAポリメラーゼの他に必要とされるタンパク質を[[転写因子]] (transcription factor) という。その中で、転写制御因子はDNAに結合し、転写を調節するタンパク質であり、転写を促進するものを転写活性化因子、抑えるものを転写抑制因子という<ref name=ref1 />。一方、DNAに直接結合せず、転写制御因子とRNAポリメラーゼなどとの仲介役として転写を調節するタンパク質複合体は[[メディエーター]]である。メディエーターの機能は多岐に渡り、転写を活性化する[[コアクチベーター]]や、転写を抑制する[[コリプレッサー]]として働く<ref name=ref4><pubmed>15680973</pubmed></ref><ref name=ref5><pubmed>20940737</pubmed></ref>。メディエーター以外にも、コアクチベーターやコリプレッサーと呼ばれる因子があり、[[ヒストン]]の[[アセチル化]]や[[メチル化]]などを介して、[[クロマチン]]の状態を制御する<ref name=ref5 /><ref name=ref8><pubmed>21321607</pubmed></ref>。DNA上で転写の活性化に働く領域は[[エンハンサー]]、転写を抑制する領域が[[サイレンサー]]であり、それぞれ複数の転写制御因子が結合することが多い<ref name=ref15><pubmed>12853946</pubmed></ref><ref name=ref6><pubmed>21358745</pubmed></ref><ref name=ref7><pubmed>22868264</pubmed></ref>。

　転写抑制では、サイレンサーに結合した転写抑制因子が[[transducin-like Enhancer of split]]/[[groucho-related gene]]（[[TLE]]/[[Grg]]）や[[nuclear receptor corepressor]]/[[silencing mediator for retinoic and thyroid receptors]]（[[NcoR]]/[[SMRT]]）などのコリプレッサーを介して[[ヒストン脱アセチル化酵素]]を引き寄せ、ヒストンの[[アセチル基]]を除去することによりヌクレオソームを安定化させ遺伝子を不活化する<ref><pubmed>18721877</pubmed></ref><ref><pubmed>21049000</pubmed></ref>。また、[[ヒストンメチル基転移酵素]]を引き寄せ、ヒストンの特定の部位を[[メチル化]]し、転写が起きないクロマチン状態を維持することにより抑制する場合もある<ref name=ref5 /><ref name=ref8 />。

　転写抑制因子の[[neuron-restrictive silencer factor]]/[[RE1-silencing transcription factor]]（[[NRSF]]/[[REST]]）は、サイレンサー中の塩基配列[[neural restrictive silencer element]]/[[repressor element 1]]（[[NRSE]]/[[RE1]]）に結合し、コリプレッサーを介したヒストン脱アセチル化酵素やヒストンメチル基転移酵素の作用により、神経細胞で働く''[[superior cervical ganglia 10]]（[[SCG10]]）'' などの遺伝子の転写を非神経細胞で抑える<ref><pubmed>16150588</pubmed></ref>。

　[[サイクリン依存性タンパク質キナーゼ8]] [[Cyclin dependent kinase 8]]（[[CDK8]]）などのコリプレッサーは、転写制御因子をリン酸化し分解を促進したり、基本転写因子をリン酸化し転写開始前複合体の形成を阻害する<ref name=ref5 /><ref name=ref17 />。

　転写活性化因子の転写活性化ドメインは、コアクチベーターなどのタンパク質と結合し、[[酸性アミノ酸]]、もしくは[[グルタミン酸]]、[[プロリン]]のいずれかに富む領域などに分類される。転写抑制因子の転写抑制ドメインには、[[トリプトファン]]、[[アルギニン]]、プロリンからなる[[WRPWドメイン]]や、[[芳香族アミノ酸]]と[[疎水性アミノ酸]]からなる[[engrailed homology 1]]（[[EH1]]）ドメインなどがあり、コリプレッサーとの結合に必須である<ref><pubmed>18254933</pubmed></ref><ref><pubmed>16309560</pubmed></ref>。[[ジンクフィンガー]]型因子などは、リガンドと結合するドメインも有する。

　転写制御因子の構造については、[http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do Protein Data Bank]や[http://pfam.sanger.ac.uk/ Pfam]などのデータベースで[[検索]]できる。

　転写制御因子は、DNA結合ドメインの構造モチーフに基づき、[[ホメオドメイン]]、ジンクフィンガー、[[塩基性へリックス・ループ・へリックス]]などのファミリーに分けられる。

[[homeodomain]]

　[[ホメオボックス]]がコードする約60個のアミノ酸配列である。[[ショウジョウバエ]]の[[体節]]形成の研究で発見され、[[ヒト]]を含む高等動物までホモログ間でよく保存されている<ref><pubmed>11470884</pubmed></ref>。[[へリックス・ターン・へリックス構造]]をとり、2番目のヘリックスがDNAの主溝に入り込んで結合する。アミノ酸配列の類似性やホメオドメインの外のモチーフから、さらにサブファミリーに分けられる。ホメオドメインが結合するコンセンサス配列の代表としてATTAが知られ、サブファミリーにより認識配列が異なる<ref><pubmed>18585359</pubmed></ref>。

　[[GATAファミリー]]の因子などに見られる構造で、[[wikipedia:ja:亜鉛|亜鉛]]イオンに2個の[[システイン]]と2個のヒスチジンが配位結合するC2H2タイプや、4個のシステインが配位結合するC4タイプなどがある<ref><pubmed>18253864</pubmed></ref>。亜鉛に配位した[[システイン]]あるいは[[ヒスチジン]]残基に挟まれたアミノ酸領域が指状のループをつくる。[[ステロイドホルモン]]受容体などの[[核内受容体]]は、リガンドと直接結合すると核内に入り転写制御能を発揮するようになる<ref><pubmed>20813267</pubmed></ref><ref><pubmed>20850017</pubmed></ref>。コンセンサス配列にはGATAファミリーの因子が結合するGATAなどがある。

　[[mammalian achaete-scute homolog 1|Mammalian achaete-scute homolog 1]]/[[achaete-scute complex homolog 1]]（[[Mash1]]/[[Ascl1]]）や[[mammalian atonal homolog 1]]/[[atonal homolog 1]]（[[Math1]]/[[Atoh1]]）などの神経[[分化]]を開始させるプロニューラル因子などに見られる<ref name=ref10><pubmed>12094208</pubmed></ref>。[[transcription factor 3]]（[[E12]]/[[Tcf3]]）タンパク質などのへリックス・ループ・へリックスドメインとヘテロ[[wikipedia:ja:二量体|二量体]]を形成し、DNAに結合する。コンセンサス配列として、プロニューラル因子などの転写活性化因子が結合する[[E box]] (CANNTG) と、[[hairy, Enhancer of split 1]]（[[Hes1]]）などの転写抑制因子が結合する[[N box]] ([[CACNAG]]) などが知られている<ref name=ref11><pubmed>17329370</pubmed></ref>。

　c-FosやMycなどに見られ、7アミノ酸ごとに[[ロイシン]]が配置された[[コイルドコイル]]と呼ばれる構造を取る。同様の構造を持つ因子とコイルドコイル間でヘテロ二量体を形成し、コイルドコイルのN端側に存在する塩基性アミノ酸に富む領域でDNAに結合する。コンセンサス配列には[[サイクリックAMP応答配列結合タンパク質]] [[cAMP-responsive element-binding protein]]（[[CREB]]）が結合する[[サイクリックAMP応答配列]]（TGACGTCA）などがある<ref name=ref18><pubmed>20223527</pubmed></ref>。

　クロマチンから0.35 M[[wikipedia:ja:塩化ナトリウム|塩化ナトリウム]]によって抽出され、[[wikipedia:ja:電気泳動|電気泳動]]で高い移動度を示すタンパク質のDNA結合領域で見つかった。約80アミノ酸からなり、三つの&alpha;へリックスを形成する<ref><pubmed>23153957</pubmed></ref>。特に、[[wikipedia:ja:性決定遺伝子|性決定遺伝子]]''[[wikipedia:ja:Sry|Sry]] ''がコードするタンパク質と高い相同性を持つ因子は[[Soxファミリー]]と呼ばれる。コンセンサス配列にはSoxファミリーの結合するT(A/T)(A/T)CAAGなどがある。

| [[krüppel-like]]

| [[核内受容体]]

| [[bHLH-ロイシンジッパー]]

　[[transforming growth factor-&beta;]]（[[TGF-&beta;]]）ファミリーの[[分泌]]タンパク質が膜[[受容体]]に結合すると、[[Mad homology 1]]（[[MH1]]）ドメイン型因子の[[Smad2]]と[[Smad3]]はリン酸化され、[[Smad4]]とヘテロ二量体を形成後、核に移行して転写を制御する<ref><pubmed>21565618</pubmed></ref>。

　発生過程では、多数の転写制御因子が働く。神経発生の初期においては、[[PAX6|Pax6]]や[[empty spiracles homeobox 2]]（[[Emx2]]）、[[NK6 homeobox 6.1]]（[[Nkx6.1]]）などのホメオドメイン型因子が[[神経管]]の[[前後軸]]や[[背腹軸]]に沿って特異的に発現し、[[終脳]]形成を制御する<ref><pubmed>19143049</pubmed></ref>。Hoxファミリーのタンパク質は、[[後脳]]と[[脊髄]]の前後軸沿いの特定の領域の個性に関わり、[[運動神経]]細胞などの分化を正常に進めるために必須である<ref name=ref13><pubmed>18524570</pubmed></ref>。

　ホメオボックス遺伝子の''[[distal-less homeobox 1]]（[[Dlx1]]）'' と''[[Dlx2]]'' は、[[大脳基底核原基]]由来の細胞で発現し、大脳の[[GABA作動性]]神経細胞の産生に必須である<ref><pubmed>19428236</pubmed></ref>。

　HMGボックス型因子のSox2は、プロニューラル因子と拮抗的に働き、神経分化を抑制する<ref name=ref152><pubmed>16139372</pubmed></ref>。また、Sox9やSox10はオリゴデンドロサイトの前駆細胞で発現し、オリゴデンドロサイトの分化を促進するとともに、[[ミエリン塩基性タンパク質]]などの遺伝子の転写を活性化する<ref name=ref152 />。

　運動神経や感覚神経では、軸索が標的筋肉の近傍に到着すると、''[[polyomavirus enhancer activator 3]]（[[Pea3]]）'' や''[[ets-related protein 81]]（[[Er81]]）'' などの[[Etsファミリー遺伝子]]の転写が誘導され、軸索の枝分かれが制御される<ref name=ref13/>。また、[[フォークヘッド型因子]]の[[forkhead box O]]（[[FoxO]]）は、''[[p21 protein-activated kinase 1]]（[[Pak1]]）'' などの細胞極性を制御する遺伝子の転写を調節し、神経細胞の形態制御に関わる<ref><pubmed>21982366</pubmed></ref>。

　CREBは、神経活動で活性化され[[シナプス]]の構造を制御する遺伝子の転写を調節し、[[長期記憶]]の形成に関与する<ref name=ref18 /><ref name=ref12 />。

　[[時計遺伝子]]''[[Period]]''は塩基性へリックス・ループ・へリックス型因子をコードし、光刺激により誘導される。''Period''の転写は他の塩基性へリックス・ループ・へリックス型因子の[[Clock]]と[[brain and muscle Arnt-like 1]]（[[Bmal1]]）により調節されており、これらの因子がネガティブフィードバックループを形成し、約24時間周期で発現が変動する<ref><pubmed>22483041</pubmed></ref>。

　ヒトの疾患の原因となる転写制御因子の変異は[http://www.biobase-international.com/gene-regulation TRANSFAC]や[http://www.omim.org/search/advanced/geneMap OMIM Morbid Map]などのデータベースなどで調べられる。