アクチベーター

アクチベーターとは

アクチベーター（activator）は、細胞内で遺伝子の情報を読み取り、タンパク質を合成するプロセスである「転写」を促進する機能を持つタンパク質の総称です。これらは転写因子の一種であり、遺伝子発現の正の制御において中心的な役割を担います。アクチベーターが存在することで、特定の遺伝子の転写量が増加し、その遺伝子によってコードされるタンパク質の生産が活発化します。

構造

アクチベータータンパク質は、一般的にDNA結合ドメインと活性化ドメインという二つの主要な領域から構成されています。

DNA結合ドメイン: この領域は、DNA上の特定の塩基配列を認識し、配列特異的に結合する役割を果たします。DNA結合ドメインには、ヘリックスターンヘリックス、ジンクフィンガー、ロイシンジッパーなど、多様な立体構造が存在します。この特異的な結合能力によって、アクチベーターは狙った遺伝子の近傍や、場合によっては離れた場所にある特定の調節領域（アクチベーター結合部位）にのみ作用することができます。
活性化ドメイン: この領域は、他のタンパク質分子と相互作用することで、遺伝子転写を促進するシグナルを伝達します。基本転写装置（RNAポリメラーゼや基本転写因子）など、転写に関わるさまざまな分子との相互作用を通じて、転写の開始や効率を高めます。

また、アクチベーターの一部にはアロステリック部位と呼ばれる領域があり、特定の分子（アロステリックエフェクター）が結合することで、アクチベーター自身の立体構造が変化し、その活性が調節される仕組みを持つものもあります。

作用機序

アクチベーターは、いくつかの段階を経て遺伝子転写を促進します。

1. 調節配列への結合: アクチベーターは、そのDNA結合ドメインを介して、標的遺伝子の近傍または離れた場所にある調節配列に特異的に結合します。DNAの二重らせんの溝にある官能基と、アクチベーターのアミノ酸側鎖が相補的に相互作用することで、正確な結合が実現します。結合部位がプロモーターから離れている場合、DNAがループ状に折り畳まれることで、アクチベーターがプロモーター領域の転写装置と物理的に近づき、相互作用が可能になります。

2. 転写装置のリクルート: 調節配列に結合したアクチベーターは、プロモーター領域へ転写装置（RNAポリメラーゼや基本転写因子など）を効率的に呼び込む（リクルートする）働きをします。原核生物ではアクチベーターがRNAポリメラーゼと直接相互作用することが多いですが、真核生物ではコアクチベーターと呼ばれる別の分子を介して間接的に転写装置をリクルートすることが一般的です。真核生物では、DNAがクロマチン構造として凝縮しているため、アクチベーターはクロマチンの構造を変化させるタンパク質（ATP依存性クロマチンリモデリング複合体やヒストン修飾酵素など）をリクルートし、プロモーター領域のDNAが転写装置にアクセスしやすくなるように環境を整えることもあります。

3. RNAポリメラーゼの進行促進: アクチベーターは、RNAポリメラーゼがプロモーターから離れて転写を開始するのを助けたり、転写開始直後にRNAポリメラーゼが一時停止した場合に、その一時停止を解除して転写の続行を促したりする役割も担います。これには、RNAポリメラーゼの解放を促すシグナル伝達や、転写伸長に必要な因子をリクルートする機構などが関与します。

活性の調節

アクチベーターの活性は、細胞内外の様々なシグナルに応じて精緻に調節されています。

アロステリック制御: 特定の低分子（アロステリックエフェクター）がアクチベーターのアロステリック部位に結合することで、アクチベーターのDNA結合能力が変化し、活性がON/OFFされる仕組みです。例えば、栄養源が存在する場合にのみ関連遺伝子の転写を活性化するなど、環境に応じた応答を可能にします。
翻訳後修飾: アクチベータータンパク質の合成後、リン酸化、アセチル化、ユビキチン化などの化学修飾を受けることがあります。これらの修飾は、アクチベーターの構造や他の分子との相互作用能力に影響を与え、その活性を増強または抑制する働きをします。

真核生物における相乗効果

真核生物では、一つの遺伝子の転写調節に複数のアクチベーターが関与することがよくあります。これらのアクチベーターは、特定の調節領域に協調的に結合し、互いの結合を助け合ったり、相乗的に作用したりすることで、個々のアクチベーターの作用の合計をはるかに超える劇的な転写促進効果をもたらすことがあります。

具体例

大腸菌のマルトース異化遺伝子: マルトースが存在すると、それがアクチベーターに結合して活性化させ、マルトース分解に必要な酵素遺伝子の転写を開始させます。
大腸菌のlacオペロン: グルコースが少なくcAMP濃度が高い状況下で、cAMPがCAP（カタボライト活性化タンパク質）というアクチベーターに結合して活性化させます。活性化されたCAPはlacオペロンのプロモーター近傍に結合し、RNAポリメラーゼのリクルートを助け、乳糖分解に必要な遺伝子の転写を促進します。

アクチベーターは、細胞が環境変化に応答したり、発生過程で細胞のアイデンティティを確立したりするなど、多様な生命現象において遺伝子発現を適切にコントロールするための不可欠な因子です。

もう一度検索