遺伝子発現とアライメント

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遺伝子発現
B4ゼミ発表 酒井大輔
2004年 5月10日
遺伝子発現の全体的な流れ

DNA → RNA → タンパク質
遺伝子発現に必要な物質
(DNA)


DNAはクロマチン構造をとっている
A,G,C,Tの4文字で構成されたテープ
のようなもの
遺伝子発現に必要な物質
(mRNA)


遺伝子発現に必要なDNAの遺伝情報は
mRNAにコピーされ編集される。
A,G,C,Uの4文字で構成されたテープ
のようなもの。
遺伝子発現に必要な物質
(tRNA)


mRNAの3文字分の情報
(コドン)はtRNAによって
対応するアミノ酸に対応づ
けられる。
アミノ酸が結合したtRNAを
アミノアシルtRNAという。
anticodon loop
tRNA
acceptor
stem
遺伝子発現に必要な物質
(RNAポリメラーゼ)


DNAの遺伝情報はRNAポリメラーゼに
よってRNAに転写される。
原核生物では一種類だが、真核生物では
3種類ある。それぞれによって作られる
RNAの種類が異なる。
遺伝子発現に必要な物質
(リボソーム)



mRNA上の情報はリボソームによってタン
パク質に変換される。
リボソームはいくつかのタンパク質と
RNA(rRNA)によってできている。
原核生物、真核生物ともに大きく2つのユ
ニットに分けられる。
遺伝子コード
UUU :
UUC :
UUA :
UUG :
phe
phe
leu
leu
UCU :
UCC :
UCA :
UCG :
ser
ser
ser
ser
UAU :
UAC :
UAA :
UAG :
tyr
tyr
stop
stop
UGU :
UGC :
UGA :
UGG :
cys
cys
stop
trp
CUU :
CUC :
CUA :
CUG :
leu
leu
leu
leu
CCU :
CCC :
CCA :
CCG :
pro
pro
pro
pro
CAU :
CAC :
CAA :
CAG :
his
his
gln
gln
CGU :
CGC :
CGA :
CGG :
arg
arg
arg
arg
AUU :
AUC :
AUA :
AUG :
ile
ile
ile
met
ACU :
ACC :
ACA :
ACG :
thr
thr
thr
thr
AAU :
AAC :
AAA :
AAG :
asn
asn
lys
lys
AGU :
AGC :
AGA :
AGG :
ser
ser
arg
arg
GUU :
GUC :
GUA :
GUG :
val
val
val
val
GCU :
GCC :
GCA :
GCG :
ala
ala
ala
ala
GAU :
GAC :
GAA :
GAG :
asp
asp
glu
glu
GGU :
GGC :
GGA :
GGG :
gly
gly
gly
gly
翻訳の全体的な流れ




リボソームのsmall unitがmRNA上の
binding siteを認識し、結合。
リボソームのlarge unitがsmall unitと結合
し、翻訳のための複合体を構成する。
mRNAの開始コドン(AUG)からの情報を
タンパク質に移す。
終了コドン(UAA,UAG,UGA)に到達す
れば終了する。
原核生物の翻訳(initiation)
IF1 IF2 IF3
Ribosome
fMet
30S subunit
Ribosome
50S subunit
5’
3’
AUG
mRNA
Shine-Dalgarno
sequence
原核生物の翻訳(elongation)
ペプチド結合
A site
P site
fMet
T
AUG ACA
GGU
原核生物の翻訳(termination)



終了コドンをrelease factor(RF)が認識す
る
Release factor が作成されたタンパク質を
切り離す。Formyl化はキャンセルされる。
メチオニンも切り離されることがある。
Ribosome recycling factor (RRF)が結合
していたリボソームを切り離す
真核生物の翻訳(initiation)
Met
eIF2
Ribosome
40S subunit
eIF3
Ribosome
60S subunit
5’
eIF4B
3’
ACC AUG G
eIF4A
eIF4E
Cap
eIF4G
mRNA
Kozak consensus
Unusual translation elongation
(frameshifting)
T
K
A
K
K
S
E
P
A
A
ACC AAA GCA AAA AAG AGU GAA CCG GCA GCC
T
K
A
K
K E Stop
ACC AAA GCA AAA AAGAG UGA ACCGGCAGCC
frameshifting
Unusual translation elongation
(slippage)
K
Stop
Start
Y
AAA UAA AUGUCUAUGACCUAGUAAC AUG UAC
slippage
Unusual translation elongation
(bypassing)
G
Stop
G
L
GGA UAG AUGUCUAUGACCUAGUAAC GGA UUA
bypass
転写の全体的な流れ




RNAポリメラーゼがプロモータ領域を認識。
DNA鎖をほどきつつ、対応するRNAをつ
くる。
ヘアピン構造をつくり、終了。
つくられるRNAによっては、プロセシング
が行われる。
原核生物の転写
(プロモータとシグマ因子)
プロモータ
TTGACA
TATAAT
-35 sequence
-10 sequence
α
α
β
σ
ω
β’
RNAポリメラーゼ
core enzyme
holoenzyme
CG/AT
+1
原核生物の転写
(rho independent termination)
U rich
DNA
C
C
C
C
G
G
G
G
C
G
G
G
G
C
C
C
C
G
RNA ヘアピン構造
原核生物の転写(Case:lactose)
Promoter lacI
Promoter lac
lacI
Operator lac
lacZ
lacY
β-galactosidase Permease
RNAポリメラーゼ
lacA
Acetylase
原核生物の転写
(Case:lactose repressor)
Promoter lacI
Promoter lac
Operator lac
lacI
RNAポリメラーゼ
lacZ
lacY
lacA
RNAポリメラーゼ
親和性
inhibitor
inducer(IPTG)
原核生物の転写
(Case:lactose activator)
Promoter lacI
Promoter lac
Operator lac
lacI
lacZ
lacY
lacA
RNAポリメラーゼ
CRP
cAMP
CRP
グルコースが不足
グルコースが十分
cAMP receptor protein (CRP)は
catabolitic activator protein (CAP) と
もいう。Activator として働く。
真核生物の転写(RNAポリメラー
ゼ I とそのプロモータ)



18S,5.8S,28S rRNAを転写。
-45から+20ぐらいにcore promoterがある。
-100より上流にupstream control
element(UCE)がある。
-100
UCE
-45
+20
Core promoter
真核生物の転写(RNAポリメ
ラーゼ III とそのプロモータ)


5S rRNA,tRNAを転写。
Core promoterはコード領域にあるが、一部のも
のはRNAポリメラーゼ II と同様に上流にもプロ
モータ (TATA box) が存在する。
+1
Core promoter
真核生物の転写(RNAポリメラー
ゼ II とそのプロモータ)


mRNA,snRNA,hnRNAを転写。
-25程度にTATA box と呼ばれるプロモータ領域
が、+1程度に initiator (Inr) sequence と呼ば
れるプロモータ領域がある (core promoter)。
-25
TATA box
+1
Inr
assembly of the RNA polymerase
II pre-initiation complex
TAFs : TBP-associated factors
CTD: C-terminal domain。Tyr-SerPro-Thr-Ser-Pro-Ser の繰り返し。ほ乳
類だと52回程度繰り返す。
TBP : TATA-binding protein
: transcription factor
TAFs
A
TBP
E
F
B
H
RNAポリメ
ラーゼ
TATA box
Inr
CTD
真核生物の転写制御
(enhancer)
enhance
enhance
activator
enhancer
遺伝子領域
enhance
真核生物の転写制御
(DNA-binding protein)


NC2: TATA-boxが存在するときは
repressorとして、存在しないときは
activatorとして働く。
Pit-1: 接続する領域によってrepressorとし
て働くか、activatorとして働くかが変化する。
mRNAのプロセシング



Capping (5’ 末端)
Polyadenylation (3’ 末端)
Intron splicing
参考文献
GENOMES2 (著者:T.A.BROWN)
 Instant Notes : Molecular Biology
(著者: P.C. Turner, A.G.Mclennan,
A.D.Bates , M.R.H.White)
