転写因子とは？DNA結合と遺伝子制御の定義・仕組みを解説

転写因子の定義と仕組みを図解でわかりやすく解説。DNA結合ドメインや相互作用、遺伝子発現制御のメカニズムを丁寧に紹介。

転写因子は、遺伝子を制御するのに役立つ。それぞれの転写因子は、特定のDNA配列に結合する。そのため、DNAからメッセンジャーRNAへの遺伝情報の転写速度をコントロールすることができる。

転写因子は「配列特異的DNA結合因子」と呼ばれることもある。単独または他のタンパク質と一緒に、RNAポリメラーゼを促進したり阻害したりする。RNAポリメラーゼは、遺伝情報をDNAから特定の遺伝子用のRNAにコピーする酵素である。

転写因子は、1つ以上のDNA結合ドメイン（DBD）を持っている。これらのドメインは、制御する遺伝子の隣にあるDNAの配列に結合する。他のタンパク質（コアクチベーター、クロマチンリモデラー、ヒストンアセチラーゼ、デアセチラーゼ、キナーゼ、メチラーゼなど）も遺伝子制御に重要な役割を果たしている。これらのタンパク質は、DNA結合ドメインを持たないため、転写因子とは呼ばれない。

用語集です。

転写因子の構造の特徴

• DNA結合ドメイン（DBD）：特定の塩基配列を認識して結合する領域。代表的なモチーフには、ヘリックス・ターン・ヘリックス、ジンクフィンガー、ロイシンジッパー、basic helix-loop-helix (bHLH)、ホームボックスなどがある。
• 転写活性化／抑制ドメイン：RNAポリメラーゼやコアクチベーター、コリプレッサーを引き寄せる領域。これにより遺伝子の発現が上げられたり下げられたりする。
• 二量化・会合ドメイン：多くの転写因子はホモまたはヘテロ二量体を形成してDNA結合能や特異性を変化させる。
• 核局在シグナル（NLS）：転写因子が細胞質から核へ移行するための配列。

働きと仕組み（どのように遺伝子を制御するか）

• 転写因子はプロモーター、エンハンサー、サイレンサー等のDNA要素に結合し、RNAポリメラーゼの配置や活性を調整することで転写率を変える。
• コアクチベーターやクロマチンリモデリング複合体をリクルートしてヒストン修飾やヌクレオソーム配置を変え、クロマチンのアクセス性を制御する。
• エンハンサーとプロモーター間のループ形成（エンハンサー・プロモータールーピング）により、遠く離れた調節配列が転写機構に影響を与える。
• 「パイオニア因子」はクロマチンに深く結合して閉じたクロマチン状態を開き、他の転写因子の結合を可能にする。
• 複数の転写因子が協調して結合することで、組み合わせ的制御（combinatorial control）が生じ、細胞型や環境に応じた精密な遺伝子発現プロファイルを作る。

調節機構（受容と応答）

• シグナル伝達による活性化：外部刺激（成長因子、サイトカイン、ホルモン、ストレスなど）がキナーゼ経路を介して転写因子をリン酸化し、活性化や核移行、分解を引き起こす。
• 翻訳後修飾：リン酸化、アセチル化、ユビキチン化、メチル化などが転写因子の安定性・DNA結合能・相互作用を調整する。
• コファクター依存性：DNA結合はできても活性化にはコアクチベーターが必要、あるいはコリプレッサーとの結合で抑制される場合がある。

生物学的意義と疾患との関連

• 転写因子は発生、細胞分化、増殖、アポトーシス、代謝など多様な生物学的プロセスを制御する。
• 転写因子の異常（変異、過剰発現、融合タンパクなど）はがん、発達障害、自己免疫疾患、代謝疾患などの原因となる。例：p53は腫瘍抑制因子、NF-κBは炎症応答に重要、ホルモン受容体は内分泌応答を媒介する。
• 薬理学的には転写因子そのものやそれに結合する経路を標的にすることで治療を目指す研究が進んでいる（例：核内受容体に対するリガンド治療）。

研究手法（どのように転写因子を調べるか）

• クロマチン免疫沈降（ChIP）/ChIP-Seq：特定の転写因子がゲノム上のどの配列に結合しているかを同定する。
• EMSA（エレクトロフォレティック移動度シフトアッセイ）：特定配列への結合をin vitroで確認する。
• レポーターアッセイ：転写活性を測定するためにプロモーターやエンハンサーの活性をレポーター遺伝子で評価する。
• ゲノム編集（CRISPR/Cas）：転写因子の遺伝子を操作して機能を解析する。
• プロテオミクス：翻訳後修飾や相互作用パートナーを同定する。

代表的な転写因子の例

• p53：DNA損傷応答とアポトーシスの中心的因子。
• NF-κB：炎症や免疫応答を制御。
• Myc：増殖と代謝を促進するオンコタンパク質。
• ステロイドホルモン受容体（例：エストロゲン受容体）：ホルモン結合により核内で転写活性を制御。

用語集（拡張）

• プロモーター：転写開始点近傍の配列で、RNAポリメラーゼや転写因子が結合する主要な領域。
• エンハンサー：遺伝子から離れた位置に存在し、転写活性を高める配列。
• コアクチベーター／コリプレッサー：DNAに直接結合しないが、転写因子と結合して遺伝子発現を促進または抑制する蛋白群。
• クロマチンリモデリング：ヌクレオソームの配置やヒストン修飾を変えてDNAのアクセス性を調整する過程。

転写因子は細胞の「スイッチ」を司る重要な分子です。基礎生物学から医学研究、バイオ医薬の開発に至るまで、転写因子の理解は幅広い分野で不可欠です。

質問と回答

Q:転写因子とは何ですか?

Q: 転写因子はどのようにして遺伝子発現を制御しているのですか?

Q: RNAポリメラーゼとは何ですか?

Q: DNA結合ドメイン（DBD）とは何ですか?

Q: コアクチベーター、クロマチンリモデラー、ヒストンアセチラーゼ、脱アセチラーゼ、キナーゼ、メチラーゼとは何ですか?

Q: なぜコアクチベーター、クロマチンリモデラー、ヒストンアセチラーゼまたは脱アセチラーゼ、キナーゼ、メチラーゼは転写因子と呼ばれないのですか?

Q: 配列特異的DNA結合因子とは何ですか?

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