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第16章遺伝子発現

Section Summaryこの節のまとめ

In eukaryotic cells, the first stage of gene-expression control occurs at the epigenetic level. Epigenetic mechanisms control access to the chromosomal region to allow genes to be turned on or off. Chromatin remodeling controls how DNA is packed into the nucleus by regulating how tightly the DNA is wound around histone proteins. The DNA itself may be methylated to selectively silence genes. The addition or removal of chemical modifications (or flags) to histone proteins or DNA signals the cell to open or close a chromosomal region. Therefore, eukaryotic cells can control whether a gene is expressed by controlling accessibility to the binding of RNA polymerase and its transcription factors.
英語のヒント
真核細胞では、遺伝子発現制御の最初の段階は、エピジェネティックな段階で起こる。エピジェネティックな仕組みは、染色体領域への接近を制御し、遺伝子のオン・オフを可能にする。クロマチンリモデリングは、DNAがヒストンタンパク質の周りにどれほどきつく巻かれるかを調節することで、DNAが核の中にどのように詰め込まれるかを制御する。DNA自体がメチル化されて、特定の遺伝子の発現が選択的に抑えられる場合もある。ヒストンタンパク質やDNAへの化学修飾（目印）の付加や除去は、染色体領域を開いたり閉じたりするシグナルを細胞に与える。したがって真核細胞は、RNAポリメラーゼとその転写因子が接近して結合できるかどうかを制御することで、遺伝子が発現するかどうかを制御できる。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 12練習問題 12
Exercise 12問題 12
Figure 16.8 In females, one of the two X chromosomes is inactivated during embryonic development because of epigenetic changes to the chromatin. What impact do you think these changes would have on nucleosome packing?
図16.8 女性では、クロマチンのエピジェネティックな変化によって、胚発生の途中で2本のX染色体のうち1本が不活性化される。このような変化はヌクレオソームの詰まり方にどのような影響を及ぼすと考えられるか。
Solution解き方
Figure 16.8 The nucleosomes would pack more tightly together.
図16.8 ヌクレオソームは、より密に詰まると考えられる。

Review Questions確認問題

Exercises 13–14練習問題 13–14
Exercise 13問題 13
What are epigenetic modifications?
エピジェネティックな修飾とは何か。
  1. the addition of reversible changes to histone proteins and DNA
    ヒストンタンパク質とDNAに可逆的な変化を加えること
  2. the removal of nucleosomes from the DNA
    DNAからヌクレオソームを取り除くこと
  3. the addition of more nucleosomes to the DNA
    DNAにヌクレオソームをさらに加えること
  4. mutation of the DNA sequence
    DNA配列の変異
Solution解き方
A
A
Exercise 14問題 14
Which of the following are true of epigenetic changes?
エピジェネティックな変化について、正しいのは次のうちどれか。
  1. allow DNA to be transcribed
    DNAが転写されることを可能にする
  2. move histones to open or close a chromosomal region
    ヒストンを動かして染色体領域を開いたり閉じたりする
  3. are temporary
    一時的なものである
  4. all of the above
    上記のすべて
Solution解き方
D
D

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 15–17練習問題 15–17
Exercise 15問題 15
In cancer cells, alteration to epigenetic modifications turns off genes that are normally expressed. Hypothetically, how could you reverse this process to turn these genes back on?
英語のヒント
がん細胞では、エピジェネティックな修飾の変化によって、通常は発現している遺伝子がオフになる。仮にこの過程を逆転させて、それらの遺伝子を再びオンにするには、どうすればよいか。
Solution解き方
You can create medications that reverse the epigenetic processes (to add histone acetylation marks or to remove DNA methylation) and create an open chromosomal configuration.
エピジェネティックな過程を逆転させ（ヒストンのアセチル化の目印を加える、またはDNAのメチル化を除く）、染色体を開いた構造にする薬を開発することができる。
Exercise 16問題 16
A scientific study demonstrated that rat mothering behavior impacts the stress response in their pups. Rats that were born and grew up with attentive mothers showed low activation of stress-response genes later in life, while rats with inattentive mothers had high activation of stress-response genes in the same situation. An additional study that swapped the pups at birth (i.e., rats born to inattentive mothers grew up with attentive mothers and vice versa) showed the same positive effect of attentive mothering. How do genetics and/or epigenetics explain the results of this study?
英語のヒント
ある科学的研究で、母ラットの育児行動が子ラットのストレス応答に影響することが示された。よく世話をする母親から生まれ、その母親のもとで育ったラットは、後年にストレス応答遺伝子の活性化が低かった。それに対し、あまり世話をしない母親のもとで育ったラットは、同じ状況でストレス応答遺伝子の活性化が高かった。出生時に子ラットを交換した別の研究（つまり、あまり世話をしない母親から生まれたラットを、よく世話をする母親のもとで育て、その逆も行った研究）でも、よく世話をする育児による同じ好ましい効果が示された。遺伝学やエピジェネティクスによって、この研究結果をどのように説明できるか。
Solution解き方
Swapping the pups at birth indicates that the genes inherited from the attentive or inattentive mothers do not explain the rats’ stress-responses later in life. Instead, researchers found that the attentive mothering caused the methylation of genes that control the expression of stress receptors in the brain. Thus, rats that received attentive maternal care exhibited epigenetic changes that limited the expression of stress-response genes, and that the effect was durable over their lifespans.
英語のヒント
出生時に子ラットを交換した結果は、よく世話をする母親、またはあまり世話をしない母親から受け継いだ遺伝子では、後年のラットのストレス応答を説明できないことを示している。研究者が見いだしたのは、よく世話をする育児が、脳内のストレス受容体の発現を制御する遺伝子のメチル化を引き起こすということだった。つまり、母親からよく世話を受けたラットでは、ストレス応答遺伝子の発現を制限するエピジェネティックな変化が見られ、その効果は生涯にわたって持続した。
Exercise 17問題 17
Some autoimmune diseases show a positive correlation with dramatically decreased expression of histone deacetylase 9 (HDAC9, an enzyme that removes acetyl groups from histones). Why would the decreased expression of HDAC9 cause immune cells to produce inflammatory genes at inappropriate times?
英語のヒント
一部の自己免疫疾患は、ヒストン脱アセチル化酵素9（HDAC9。ヒストンからアセチル基を除去する酵素）の発現の著しい低下と正の相関を示す。HDAC9の発現が低下すると、なぜ免疫細胞が不適切な時期に炎症性の遺伝子を産生するようになるのか。
Solution解き方
Histone acetylation reduces the positive charge of histone proteins, loosening the DNA wrapped around the histones. This looser DNA can then interact with transcription factors to express genes found in that region. Normally, once the gene is no longer needed, histone deacetylase enzymes remove the acetyl groups from histones so that the DNA becomes tightly wound and inaccessible again. However, when there is a defect in HDAC9, the deacetylation may not occur. In an immune cell, this would mean that inflammatory genes that were made accessible during an infection are not tightly rewound around the histones.
英語のヒント
ヒストンのアセチル化は、ヒストンタンパク質の正の電荷を減らし、その周りに巻かれたDNAを緩める。緩んだDNAは転写因子と相互作用できるようになり、その領域にある遺伝子を発現させる。通常は、その遺伝子が不要になると、ヒストン脱アセチル化酵素がヒストンからアセチル基を取り除くため、DNAは再びきつく巻かれ、接近できない状態になる。しかし、HDAC9に異常があると、脱アセチル化が起こらない場合がある。免疫細胞では、感染時に接近可能になった炎症性の遺伝子が、再びヒストンの周りにきつく巻き直されないということになる。
transcription factor
転写因子
protein that binds to the DNA at the promoter or enhancer region and that influences transcription of a gene
DNAのプロモーターまたはエンハンサー領域に結合し、遺伝子の転写に影響を与えるタンパク質。