転写開始前複合体

転写開始前複合体（Preinitiation complex, PIC）

転写開始前複合体（PIC）は、遺伝子にコードされた情報がRNAへと写し取られる過程、すなわち転写の開始段階において中心的な役割を果たす巨大な分子複合体です。特に真核生物および古細菌におけるRNAポリメラーゼ依存的な転写において不可欠であり、DNA上の特定の場所（プロモーター）にRNAポリメラーゼを正確に位置づけ、DNA二重らせんをほどいて転写可能な状態にするための準備を整えます。

構成要素

転写開始前複合体の構成は、生物種によって異なります。真核生物の場合、主に以下の6種類の基本転写因子（General Transcription Factors, GTFs）とRNAポリメラーゼIIが集結して形成されます。

TFIIA
TFIIB
TFIID
TFIIE
TFIIF
TFIIH

これらの因子が段階的にDNA上に結合し、巨大な複合体を組み上げます。一方、古細菌における転写開始複合体は、真核生物と比較してより単純な構成要素を持ち、具体的にはTFIIA、TFIIF、TFIIHに相当する因子を欠いていることが知られています。この構成の違いから、古細菌の転写機構は、真核生物の機構の進化上の祖先型である可能性が示唆されています。

作用機構

真核生物における転写開始前複合体の形成と機能については、長年にわたり詳細な研究が進められています。特に、プロモーター領域にTATAボックスと呼ばれる特定の配列を持つ遺伝子の場合、以下のような段階的なプロセスを経て転写開始が起こると考えられています。このモデルは、2007年にロジャー・コーンバーグらによって提唱された機構に基づいて説明されます。

1. TBPによるTATAボックスへの結合: まず、TFIID複合体の一部であるTATA結合タンパク質（TBP）が、プロモーター領域に存在するTATAボックス配列に結合します。この結合により、TATAボックスを含むDNAが鋭角に折り曲げられます。このTATAボックスは通常、転写開始部位から約25〜30塩基対上流に位置しています。

2. RNAポリメラーゼIIとTFIIBの配置: TBPによるDNAの折り曲げ構造を認識して、転写因子TFIIBが複合体に加わります。TFIIBは、RNAポリメラーゼIIをプロモーター領域に誘導し、ポリメラーゼの活性部位が転写開始部位に正確に位置するように配置を助けます。この際、RNAポリメラーゼIIとTFIIBのC末端が、TBPによって折り曲げられたDNAを囲むような配置を取ります。

3. その他の因子のリクルートメント: TFIIFがRNAポリメラーゼIIと共に複合体に結合した後、転写因子TFIIEが結合し、続いてTFIIHの複合体への結合を促進します。TFIIHはATPアーゼ活性とDNAヘリカーゼ活性を持つ多機能な複合体です。

4. DNA二重らせんの解離（変性）: TFIIHのヘリカーゼサブユニットが、ATPを加水分解するエネルギーを利用して、転写開始部位周辺のDNA二重らせんをほどき、一本鎖の状態にします。このプロセスはDNA変性と呼ばれ、転写バブルと呼ばれる一時的な一本鎖領域が形成されます。

5. 転写バブルの安定化と鋳型鎖の配置: 転写バブル内で一本鎖となったDNAのうち、RNA合成の鋳型とならない側の鎖にはTFIIFが結合し、転写バブルの構造を安定化させる役割を果たします。一方、RNA合成の鋳型となる側の鎖は、RNAポリメラーゼIIの活性部位へと引き込まれるように配置されます。

6. 転写開始とプロモータークリアランス: RNAポリメラーゼIIが鋳型鎖を読み取り始め、最初のヌクレオチドを取り込んでRNA鎖の合成を開始します。この初期の転写が約6塩基対以上進行すると、転写開始前複合体を構成していた因子の一部、特にTFIIBがRNAポリメラーゼIIから解離します。これにより、RNAポリメラーゼIIはプロモーター領域から離れて転写伸長段階へと移行し、RNA鎖を長く合成していく準備が整います。

このように、転写開始前複合体は、複数のタンパク質因子が協調的に働くことで、遺伝子の正確な場所から適切なタイミングで転写を開始させるという、生命活動にとって極めて重要なプロセスを実行しているのです。

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