遺伝子発現の仕組み

遺伝子発現とは、遺伝子の情報から機能するRNAやタンパク質を生み出す過程です。同じDNAを持つ細胞でも、いつ、どこで、どれほど情報を使うかが違うため、神経細胞と筋細胞のように異なる働きができます。

転写でRNAを作る

転写では、DNAの一方の鎖を鋳型としてRNAが合成されます。RNAではDNAのTに対応する塩基としてUが使われます。転写を始める位置や頻度は、DNA上の調節領域と結合するタンパク質などに左右されます。

タンパク質を指定する情報はメッセンジャーRNAに運ばれます。一方、リボソームRNAや転移RNAなどはRNA自体が役割を果たします。遺伝子発現の終点が必ずタンパク質とは限りません。

翻訳でアミノ酸をつなぐ

リボソームはmRNAを三塩基ずつのコドンとして読みます。転移RNAが対応するアミノ酸を運び、それらを順番につないでポリペプチドを作ります。開始点と読み枠が変わると、できる産物も変わり得ます。

遺伝暗号には複数のコドンが同じアミノ酸を指定する重複があります。そのため塩基が一つ変わっても、アミノ酸が変わらない場合があります。ただし、翻訳効率やRNA処理への影響まで必ずないとはいえません。

発現は複数の段階で調節される

真核生物ではRNAの加工や選択的スプライシングによって、同じ遺伝子から異なるRNAができます。RNAの分解速度、翻訳の効率、タンパク質の加工や分解も、最終的な働きを変えます。

したがってmRNA量が二倍になったからといって、タンパク質量や反応速度が必ず二倍になるわけではありません。どの段階を測ったのかを確認することが、研究結果を読む基本です。

同じ設計図から異なる細胞へ

発生の途中で細胞が受け取る信号や転写因子の組み合わせが変わり、働く遺伝子の組み合わせも変化します。その状態が維持されることで、細胞は特定の役割を担います。

DNAやヒストンの化学修飾なども発現調節に関わります。ただし、環境の影響がすべて子孫へ世代を越えて遺伝するという意味ではありません。細胞分裂で保たれる状態と個体間の遺伝は区別します。

観察結果から因果関係へ

ある条件で遺伝子AのRNAが増えたなら、Aがその条件に反応した可能性があります。しかし、その増加が現象の原因なのか、結果なのかは別問題です。時間経過や遺伝子の働きを変える実験で調べます。

実験では一種類の細胞だけでなく、細胞集団の組成にも注意します。試料全体のRNA量の変化が、各細胞の発現変化ではなく、その細胞の割合の増減を反映することもあります。

関連項目