プリンキピア

第15章遺伝子とタンパク質

15.3 Eukaryotic Transcription15.3 真核生物の転写

Learning Objectives学習目標

By the end of this section, you will be able to do the following:
この節を学ぶと、次のことができるようになる。
  • List the steps in eukaryotic transcription
    真核生物の転写の段階を挙げる。
  • Discuss the role of RNA polymerases in transcription
    転写におけるRNAポリメラーゼの役割を論じる。
  • Compare and contrast the three RNA polymerases
    3種類のRNAポリメラーゼの共通点と相違点を比較する。
  • Explain the significance of transcription factors
    転写因子の重要性を説明する。
Prokaryotes and eukaryotes perform fundamentally the same process of transcription, with a few key differences. The most important difference between prokaryote and eukaryote transcription is due to the latter’s membrane-bound nucleus and organelles. With the genes bound in a nucleus, the eukaryotic cell must be able to transport its mRNA to the cytoplasm and must protect its mRNA from degrading before it is translated. Eukaryotes also employ three different polymerases that each transcribe a different subset of genes. Eukaryotic mRNAs are usually monogenic, meaning that they specify a single protein.
英語のヒント
原核生物と真核生物は、基本的には同じ転写の過程を行うが、いくつか重要な違いがある。最も重要な違いは、真核生物が膜に囲まれた核や細胞小器官をもつことによる。遺伝子が核の中にあるため、真核細胞はmRNAを細胞質へ運べなければならず、翻訳される前に分解されないよう保護しなければならない。真核生物はまた、3種類の異なるポリメラーゼを使い、それぞれが異なる遺伝子群を転写する。真核生物のmRNAは通常、単一遺伝子性であり、1種類のタンパク質を指定する。

Initiation of Transcription in Eukaryotes真核生物における転写の開始

Unlike the prokaryotic polymerase that can bind to a DNA template on its own, eukaryotes require several other proteins, called transcription factors, to first bind to the promoter region and then to help recruit the appropriate polymerase.
英語のヒント
原核生物のポリメラーゼは単独でDNA鋳型に結合できるが、真核生物では、まず転写因子と呼ばれるいくつかの別のタンパク質がプロモーター領域に結合し、適切なポリメラーゼを呼び込むのを助ける必要がある。

The Three Eukaryotic RNA Polymerases真核生物の3種類のRNAポリメラーゼ

The features of eukaryotic mRNA synthesis are markedly more complex than those of prokaryotes. Instead of a single polymerase comprising five subunits, the eukaryotes have three polymerases that are each made up of 10 subunits or more. Each eukaryotic polymerase also requires a distinct set of transcription factors to bring it to the DNA template.
英語のヒント
真核生物のmRNA合成の特徴は、原核生物より著しく複雑である。原核生物の、5つのサブユニットからなる1種類のポリメラーゼに対し、真核生物には3種類のポリメラーゼがあり、それぞれが10個以上のサブユニットからできている。また、各ポリメラーゼがDNA鋳型へ導かれるには、それぞれ異なる一組の転写因子が必要である。
RNA polymerase I is located in the nucleolus, a specialized nuclear substructure in which ribosomal RNA (rRNA) is transcribed, processed, and assembled into ribosomes (Table 15.1). The rRNA molecules are considered structural RNAs because they have a cellular role but are not translated into protein. The rRNAs are components of the ribosome and are essential to the process of translation. RNA polymerase I synthesizes all of the rRNAs from the tandemly duplicated set of 18S, 5.8S, and 28S ribosomal genes. (Note that the “S” designation applies to “Svedberg” units, a nonadditive value that characterizes the speed at which a particle sediments during centrifugation.)
英語のヒント
RNAポリメラーゼIは核小体に存在する。核小体は核の内部にある特殊な構造で、リボソームRNA(rRNA)の転写、加工、リボソームへの組立てが行われる(表15.1)。rRNA分子は細胞内で役割を果たすが、タンパク質へは翻訳されないため、構造RNAとみなされる。rRNAはリボソームの構成成分であり、翻訳の過程に欠かせない。RNAポリメラーゼIは、縦列に重複した18S、5.8S、28Sリボソーム遺伝子のセットから、すべてのrRNAを合成する。(「S」はスベドベリ単位を表し、遠心分離中に粒子が沈降する速さを特徴づける、加算できない値であることに注意しよう。)
Locations, Products, and Sensitivities of the Three Eukaryotic RNA Polymerases
真核生物の3種類のRNAポリメラーゼの所在・産物・感受性
RNA Polymerase
RNAポリメラーゼ
Cellular Compartment
細胞内の区画
Product of Transcription
転写産物
α-Amanitin Sensitivity
α-アマニチン感受性
I
Nucleolus
核小体
All rRNAs except 5S rRNA
5S rRNA以外のすべてのrRNA
Insensitive
感受性なし
II
Nucleus
核
All protein-coding nuclear pre-mRNAs
タンパク質をコードする、核内のすべてのpre-mRNA
Extremely sensitive
非常に高い感受性
III
Nucleus
核
5S rRNA, tRNAs, and small nuclear RNAs
5S rRNA、tRNA、核内低分子RNA
Moderately sensitive
中程度の感受性
Table 15.1表 15.1
RNA polymerase II is located in the nucleus and synthesizes all protein-coding nuclear pre-mRNAs. Eukaryotic pre-mRNAs undergo extensive processing after transcription but before translation. For clarity, this module’s discussion of transcription and translation in eukaryotes will use the term “mRNAs” to describe only the mature, processed molecules that are ready to be translated. RNA polymerase II is responsible for transcribing the overwhelming majority of eukaryotic genes.
英語のヒント
RNAポリメラーゼIIは核内にあり、タンパク質をコードする、核内のすべてのpre-mRNAを合成する。真核生物のpre-mRNAは、転写後、翻訳前に、大幅な加工を受ける。区別を明確にするため、この節の真核生物の転写と翻訳の説明では、「mRNA」という語を、加工が済み、翻訳できる状態になった成熟分子だけに用いる。RNAポリメラーゼIIは、真核生物の遺伝子の圧倒的多数の転写を担う。
RNA polymerase III is also located in the nucleus. This polymerase transcribes a variety of structural RNAs that includes the 5S pre-rRNA, transfer pre-RNAs (pre-tRNAs), and small nuclear pre-RNAs. The tRNAs have a critical role in translation; they serve as the “adaptor molecules” between the mRNA template and the growing polypeptide chain. Small nuclear RNAs have a variety of functions, including “splicing” pre-mRNAs and regulating transcription factors.
英語のヒント
RNAポリメラーゼIIIも核内に存在する。このポリメラーゼは、5S pre-rRNA、転移RNA前駆体(pre-tRNA)、核内低分子RNA前駆体など、さまざまな構造RNAを転写する。tRNAは翻訳で重要な役割を果たし、mRNA鋳型と伸長中のポリペプチド鎖との間の「アダプター分子」として働く。核内低分子RNAには、pre-mRNAの「スプライシング」や転写因子の調節など、さまざまな機能がある。
A scientist characterizing a new gene can determine which polymerase transcribes it by testing whether the gene is expressed in the presence of α-amanitin, an oligopeptide toxin produced by the fly agaric toadstool mushroom and other species of Amanita. Interestingly, the α-amanitin affects the three polymerases very differently (Table 15.1). RNA polymerase I is completely insensitive to α-amanitin, meaning that the polymerase can transcribe DNA in vitro in the presence of this poison. RNA polymerase III is moderately sensitive to the toxin. In contrast, RNA polymerase II is extremely sensitive to α-amanitin. The toxin prevents the enzyme from progressing down the DNA, and thus inhibits transcription. Knowing the transcribing polymerase can provide clues as to the general function of the gene being studied. Because RNA polymerase II transcribes the vast majority of genes, we will focus on this polymerase in our subsequent discussions about eukaryotic transcription factors and promoters.
英語のヒント
新しい遺伝子の性質を調べる科学者は、α-アマニチンの存在下でその遺伝子が発現するかを調べることで、どのポリメラーゼが転写するかを判断できる。α-アマニチンは、ベニテングタケやその他のテングタケ属のキノコが作る、オリゴペプチドの毒素である。興味深いことに、α-アマニチンが3種類のポリメラーゼへ及ぼす影響は、大きく異なる(表15.1)。RNAポリメラーゼIはα-アマニチンにまったく感受性を示さず、この毒素があっても試験管内でDNAを転写できる。RNAポリメラーゼIIIの感受性は中程度である。それに対し、RNAポリメラーゼIIはα-アマニチンに非常に敏感である。この毒素は、酵素がDNAに沿って進むのを妨げ、転写を阻害する。転写を行うポリメラーゼがわかると、調べている遺伝子の大まかな機能の手がかりが得られる。RNAポリメラーゼIIは大多数の遺伝子を転写するため、これ以降の真核生物の転写因子とプロモーターの説明では、このポリメラーゼに注目する。