TATA結合タンパク質

TATA結合タンパク質（TBP）

TATA結合タンパク質、略称TBP（英語: TATA-binding protein）は、真核生物における遺伝子転写の開始に不可欠な基本転写因子の一つです。このタンパク質は、多くの真核生物遺伝子のプロモーター領域、すなわち転写が開始される場所の約25塩基対上流に位置する、特定のDNA配列であるTATAボックスに特異的に結合する性質を持ちます。

TBPは、他のTBP関連因子（TAFs）と共に、基本転写因子複合体であるTFIIDを構成します。TFIIDは、RNAポリメラーゼIIを用いた遺伝子転写を開始するために必要な、巨大な転写開始前複合体（PIC）の形成において中心的な役割を果たします。TBPがTATAボックスに結合することで、PICを構成する他の因子が集積し、RNAポリメラーゼIIが正確な転写開始位置に配置され、遺伝子転写が開始される準備が整います。PICを構成する多くの因子の中で、特定のDNA配列に直接結合するのはTBPを含めごく一部のタンパク質に限られます。

ただし、ヒトを含む一部の真核生物では、TATAボックスを持たない遺伝子も多数存在します。ヒトのプロモーター領域におけるTATAボックスの存在率は10-20%程度と推定されており、このことからTBPがRNAポリメラーゼIIの転写開始位置決定に常に必須であるわけではなく、TATAボックス非依存的な転写にも関与している可能性が示唆されています。興味深いことに、TBPはRNAポリメラーゼIやRNAポリメラーゼIIIによる転写にも必要であることが知られており、3種類のRNAポリメラーゼ全てに必要な唯一のサブユニットである可能性が指摘されています。

DNAとの相互作用

TBPの最も特徴的な機能の一つは、DNAとの結合様式にあります。TBPはTATAボックスに結合する際に、DNAの二重らせん構造を約80度という非常に大きな角度で屈曲させます。この屈曲は、DNAの二本鎖を部分的に分離させることにもつながります。

この独特な結合は、TBPの特定の構造とTATAボックスの配列特性によって実現されます。TBPは、多くのDNA結合タンパク質がアルファヘリックスを用いてDNAのメジャーグルーブ（溝）に結合するのに対し、βシート構造によってDNAのマイナーグルーブに結合するという珍しい様式をとります。TBPの正に帯電したリシンやアルギニン残基は、DNA骨格の負に帯電したリン酸基と静電的に相互作用することで強固な結合を形成します。また、TBPの構造から突き出した4つの大きなフェニルアラニン残基が、DNAの特定の場所に挿入されることで、DNA鎖を強く歪ませ、鋭い屈曲を生じさせます。

このようなDNAの歪みは、TBPとDNAの接触面積を増やし、安定した複合体を形成するのに寄与します。特に、[TATAボックス]]はアデニン]と[チミン]の[塩基対が豊富に含まれるATリッチな配列です。A-T塩基対はグアニン]と[シトシン]の[[塩基対（3本の水素結合）に比べて水素結合が2本と少なく、比較的容易にほどけやすい性質があります。TBPによる屈曲とそれに伴う二重らせんの部分的なほどけは、このATリッチな領域で特に起こりやすく、DNAの歪みを増大させます。DNAの二本鎖が分離し、テンプレート鎖が露出することで、RNAポリメラーゼIIがこれを鋳型としてmRNA合成を開始できるようになります。

構造的特徴と関連疾患

TBPのもう一つの注目すべき構造的特徴は、そのN末端に存在する、グルタミンが長く連なった領域（ポリグルタミン鎖）です。この領域は、TBPのC末端にあるDNA結合ドメインの活性を調節する働きがあり、転写複合体の形成や転写開始効率に影響を与えています。

ヒトのTBP遺伝子では、このポリグルタミン領域をコードするCAGリピート配列が存在します。このCAGリピートの数が増加し、結果としてポリグルタミン鎖が異常に長くなるような変異は、神経細胞の変性を引き起こす遺伝性疾患である脊髄小脳失調症17型（SCA17）の原因の一つとして知られています。

他のタンパク質との相互作用

TBPはTFIID複合体の一部として、またRNAポリメラーゼI、II、IIIの転写開始に必須の因子として、TFIIA, TFIIB, TFIIFといった他の多くの基本転写因子や、調節タンパク質とも複雑な相互作用ネットワークを形成しています。これらの多岐にわたるタンパク質間相互作用は、遺伝子転写というプロセスが細胞の状況に応じて厳密に制御されるために不可欠です。

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