プリンキピア

第16章遺伝子発現

Section Summaryこの節のまとめ

Changing the status of the RNA or the protein itself can affect the amount of protein, the function of the protein, or how long it is found in the cell. To translate the protein, a protein initiator complex must assemble on the RNA. Modifications (such as phosphorylation) of proteins in this complex can prevent proper translation from occurring. Once a protein has been synthesized, it can be modified (phosphorylated, acetylated, methylated, or ubiquitinated). These post-translational modifications can greatly impact the stability, degradation, or function of the protein.
英語のヒント
RNAやタンパク質自体の状態を変えると、タンパク質の量や機能、細胞内に存在する時間の長さに影響することがある。タンパク質を翻訳するには、タンパク質からなる開始複合体がRNA上に組み立てられなければならない。この複合体のタンパク質への修飾（リン酸化など）は、正常な翻訳を妨げることがある。タンパク質は合成された後にも、修飾を受けることがある（リン酸化、アセチル化、メチル化、ユビキチン化）。これらの翻訳後修飾は、タンパク質の安定性、分解、機能に大きな影響を与えうる。

Visual Connection Questions図を使った問題

Exercises 30練習問題 30
Exercise 30問題 30
Figure 16.14 An increase in phosphorylation levels of eIF-2 has been observed in patients with neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s, Parkinson’s, and Huntington’s. What impact do you think this might have on protein synthesis?
図16.14 アルツハイマー病、パーキンソン病、ハンチントン病などの神経変性疾患の患者では、eIF-2のリン酸化の程度が上昇していることが観察されている。これはタンパク質合成にどのような影響を及ぼすと考えられるか。
Solution解き方
Figure 16.14 Protein synthesis would be inhibited.
図16.14 タンパク質合成は阻害されると考えられる。

Review Questions確認問題

Exercises 31–32練習問題 31–32
Exercise 31問題 31
Post-translational modifications of proteins can affect which of the following?
タンパク質の翻訳後修飾は、次のうちどれに影響しうるか。
  1. protein function
    タンパク質の機能
  2. transcriptional regulation
    転写の調節
  3. chromatin modification
    クロマチンの修飾
  4. all of the above
    上記のすべて
Solution解き方
A
A
Exercise 32問題 32
A scientist mutates eIF-2 to eliminate its GTP hydrolysis capability. How would this mutated form of eIF-2 alter translation?
英語のヒント
ある科学者が、eIF-2に変異を起こして、GTPを加水分解する能力を失わせた。この変異型eIF-2は翻訳をどのように変化させるか。
  1. Initiation factors would not be able to bind to mRNA.
    開始因子がmRNAに結合できなくなる。
  2. The large ribosomal subunit would not be able to interact with mRNA transcripts.
    リボソーム大サブユニットがmRNA転写産物と相互作用できなくなる。
  3. tRNAi-Met would not scan mRNA transcripts for the start codon.
    tRNAi-MetがmRNA転写産物を走査して開始コドンを探せなくなる。
  4. eIF-2 would not be able to interact with the small ribosomal subunit.
    eIF-2がリボソーム小サブユニットと相互作用できなくなる。
Solution解き方
B
B

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 33–36練習問題 33–36
Exercise 33問題 33
Protein modification can alter gene expression in many ways. Describe how phosphorylation of proteins can alter gene expression.
タンパク質の修飾は、多くの方法で遺伝子発現を変化させることができる。タンパク質のリン酸化が、遺伝子発現をどのように変化させうるかを説明せよ。
Solution解き方
Because proteins are involved in every stage of gene regulation, phosphorylation of a protein (depending on the protein that is modified) can alter accessibility to the chromosome, can alter translation (by altering the transcription factor binding or function), can change nuclear shuttling (by influencing modifications to the nuclear pore complex), can alter RNA stability (by binding or not binding to the RNA to regulate its stability), can modify translation (increase or decrease), or can change post-translational modifications (add or remove phosphates or other chemical modifications).
タンパク質は遺伝子調節のあらゆる段階に関与しているため、タンパク質のリン酸化は、どのタンパク質が修飾されるかに応じて、染色体への接近のしやすさを変えたり、翻訳を変えたり（転写因子の結合や機能を変えることで）、核への出入りを変えたり（核膜孔複合体の修飾に影響することで）できる。また、RNAの安定性を変えること（RNAに結合する、または結合しないことでその安定性を調節する）、翻訳を変えること（増加または減少させる）、翻訳後修飾を変えること（リン酸の付加や除去、またはほかの化学修飾）もできる。
Exercise 34問題 34
Alternative forms of a protein can be beneficial or harmful to a cell. What do you think would happen if too much of an alternative protein bound to the 3' UTR of an RNA and caused it to degrade?
英語のヒント
タンパク質の別の型は、細胞に有益な場合も有害な場合もある。ある別型のタンパク質が多すぎるほどRNAの3′ UTRに結合し、RNAを分解させた場合、何が起こると考えられるか。
Solution解き方
If the RNA degraded, then less of the protein that the RNA encodes would be translated. This could have dramatic implications for the cell.
英語のヒント
RNAが分解されると、そのRNAがコードするタンパク質の翻訳量が減る。これは細胞に大きな影響を及ぼす可能性がある。
Exercise 35問題 35
Changes in epigenetic modifications alter the accessibility and transcription of DNA. Describe how environmental stimuli, such as ultraviolet light exposure, could modify gene expression.
エピジェネティックな修飾の変化は、DNAへの接近のしやすさと転写を変化させる。紫外線への曝露などの環境からの刺激が、遺伝子発現をどのように変化させうるかを説明せよ。
Solution解き方
Environmental stimuli, like ultraviolet light exposure, can alter the modifications to the histone proteins or DNA. Such stimuli may change an actively transcribed gene into a silenced gene by removing acetyl groups from histone proteins or by adding methyl groups to DNA.
紫外線への曝露などの環境からの刺激は、ヒストンタンパク質やDNAへの修飾を変化させることがある。このような刺激は、ヒストンタンパク質からアセチル基を取り除いたり、DNAにメチル基を加えたりすることで、活発に転写されている遺伝子を、発現が抑えられた遺伝子に変える場合がある。
Exercise 36問題 36
A scientist discovers a virus encoding a Protein X that degrades a subunit of the eIF4F complex. Knowing that this virus transcribes its own mRNAs in the cytoplasm of human cells, why would Protein X be an effective virulence factor?
英語のヒント
ある科学者が、eIF4F複合体のサブユニットを分解するタンパク質Xをコードするウイルスを発見した。このウイルスがヒト細胞の細胞質で自らのmRNAを転写することを踏まえると、タンパク質Xはなぜ有効な病原性因子となるのか。
Solution解き方
Degrading the eIF4F complex prevents the pre-initiation complex (eIF-2-GTP, tRNAi-Met, and 40S ribosomal subunit) from being recruited to the 5’ cap of mature mRNAs in the cell. This allows the virus to hijack the translation machinery of the human cell to translate its own (uncapped) mRNA transcripts instead.
英語のヒント
eIF4F複合体が分解されると、開始前複合体（eIF-2-GTP、tRNAi-Met、40Sリボソームサブユニット）が、細胞内の成熟mRNAの5′キャップへ呼び寄せられなくなる。そのため、ウイルスはヒト細胞の翻訳装置を乗っ取り、代わりに自らの（キャップのない）mRNA転写産物を翻訳できる。
eukaryotic initiation factor-2 (eIF-2)
真核生物開始因子2（eIF-2）
protein that binds first to an mRNA to initiate translation
翻訳を開始するために、最初にmRNAに結合するタンパク質。
guanine diphosphate (GDP)
グアニン二リン酸（GDP）
molecule that is left after the energy is used to start translation
翻訳を開始するためにエネルギーが使われた後に残る分子。
guanosine triphosphate (GTP)
グアノシン三リン酸（GTP）
energy-providing molecule that binds to eIF-2 and is needed for translation
eIF-2に結合し、翻訳に必要なエネルギーを供給する分子。
initiation complex
開始複合体
protein complex containing eIF-2 that starts translation
eIF-2を含み、翻訳を開始するタンパク質複合体。
large 60S ribosomal subunit
60Sリボソーム大サブユニット
second, larger ribosomal subunit that binds to the RNA to translate it into protein
RNAに結合してそれをタンパク質へ翻訳する、二つ目の、より大きなリボソームサブユニット。
proteasome
プロテアソーム
organelle that degrades proteins
タンパク質を分解する細胞小器官。
small 40S ribosomal subunit
40Sリボソーム小サブユニット
ribosomal subunit that binds to the RNA to translate it into protein
RNAに結合してそれをタンパク質へ翻訳するリボソームサブユニット。