転写因子

転写因子（Transcription Factor; TF）

転写因子は、DNAの特定の配列に結合するタンパク質のグループであり、遺伝子の転写を調節する重要な役割を担っています。ヒトのゲノムには約1,800もの転写因子をコードする遺伝子が存在すると推定されています。

生物学的役割

転写因子は、DNA配列を認識して結合し、遺伝子の発現を活性化または抑制することで、細胞内の様々な反応を制御します。具体的には、以下のような機能があります。

基本的転写調節

真核生物における遺伝子の転写開始には、基本転写因子（GTF）が必要です。GTFはRNAポリメラーゼと相互作用し、転写開始前複合体を形成します。代表的なGTFとして、TFIIA、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF、TFIIHなどがあります。

発生

多細胞生物の発生において、転写因子は細胞の運命決定や分化を制御します。例えば、Hoxファミリーの転写因子は、ショウジョウバエからヒトに至るまで、適切な身体構造の形成に不可欠です。また、SRY遺伝子によってコードされる転写因子は、哺乳類の性決定において重要な役割を果たします。

細胞間シグナル伝達への応答

細胞間の情報伝達において、シグナル伝達経路の下流に存在する転写因子は、特定の遺伝子の活性化または不活性化を促します。エストロゲン受容体転写因子は、エストロゲンシグナル伝達に関与し、特定のDNA配列に結合して遺伝子の転写を調節します。

環境への応答

転写因子は、熱ショック因子（HSF）、低酸素誘導因子（HIF）、ステロール調節配列結合タンパク質（SREBP）など、生物学的刺激だけでなく、高温や低酸素などの環境刺激に対する応答にも関与しています。

細胞周期調節

細胞周期の調節にも多くの転写因子が関与しており、細胞の成長や分裂のタイミングを制御します。Mycタンパク質は、細胞の成長とアポトーシスに影響を与える重要な転写因子です。

転写因子の活性制御機構

転写因子の活性は、様々な段階で制御されています。

転写因子合成: 転写因子の産生は、転写、翻訳の各段階で調節されます。また、転写因子自身が自身の産生を抑制するネガティブフィードバック機構も存在します。
核への局在: 転写因子が核内で機能するためには、核局在化シグナルが必要です。核移行のプロセス自体が制御のポイントとなることもあります。
リガンド結合/化学的修飾: リガンドとの結合やリン酸化などの化学的修飾は、転写因子の活性状態を変化させます。
DNA結合領域への接近性: クロマチンの構造変化は、転写因子のDNAへのアクセスに影響を与えます。
共役因子の利用/複合体形成: ほとんどの転写因子は単独では機能せず、他の転写因子や共役因子との複合体形成が必要です。

構造

転写因子は、DNA結合領域（DBD）、トランス活性化領域（TAD）、シグナル検知領域（SSD）など、様々な機能ドメインから構成されています。

DNA結合領域: DNAの特定の配列に結合する領域。
トランス活性化領域: 他のタンパク質と結合し、転写を活性化する領域。
シグナル検知領域: 外部からのシグナルを検出し、遺伝子発現を制御する領域。

DNA結合領域による分類

転写因子は、DNA結合領域の構造に基づいて分類されます。代表的なものとして、ホメオドメイン、ジンクフィンガー、塩基性ヘリックスループヘリックス（bHLH）、塩基性ロイシンジッパー（bZip）などがあります。

転写因子結合領域

転写因子が結合するDNA配列は、転写因子結合領域と呼ばれます。転写因子は、水素結合やファンデルワールス力によってこれらの領域と結合します。しかし、転写因子は1つのDNA配列にしか結合しないわけではなく、類似した配列を持つ複数の領域を結合対象とすることができます。

転写因子が関与する疾患

転写因子の変異は、レット症候群、糖尿病、発達性言語協調障害、IPEXなどの疾患の原因となることがあります。また、がん遺伝子やがん抑制遺伝子として働く転写因子の変異や調節異常は、発がんの原因となることがあります。

分類

転写因子は、機構的分類、機能的分類、DNA結合領域による分類など、様々な方法で分類されます。

機構的分類: 基本転写因子、上流転写因子、誘導型転写因子
機能的分類: 構成的活性化型、条件付活性化型（発生型、シグナル依存型）
DNA結合領域による分類: 塩基性ドメイン、亜鉛配位DNA結合ドメイン、ヘリックスターンヘリックス、β-Scaffold因子など

参考文献

五十嵐和彦ほか編 『転写因子による生命現象解明の最前線』 羊土社 2007年 ISBN 978-4-7581-0283-4
* 半田宏編 『転写がわかる-基本転写から発生、再生、先端医療まで』 羊土社 2002年 ISBN 4-89706-994-7

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