ウィスコンシン大学マディソン校の生化学および細菌学教授のRobert Landick博士と彼のチームが率いた研究は、すべての生物における遺伝子発現制御の根底にある現象、転写の一時停止の要素メカニズムを初めて明らかにした。この研究はまた、ディフィシル菌感染症や結核などの治療の重要な薬物標的である酵素RNAポリメラーゼについての新しい理解を提供している。
この発見は最終的に特定の薬がどのように酵素に対して作用し、積極的にそれを標的にするのを助けるかについての我々の理解を向上させることができる。
遺伝子発現は、生物が必要とするすべてのタンパク質や他の分子にDNAが翻訳されるプロセスだ。 それはすべての生物学の学生が早い段階で学ぶプロセスだが、それは未だ完全には理解されていない。
このプロセスは2段階で行われる。 転写は、RNAポリメラーゼがDNA鎖に関する情報を読む最初のもので、それからメッセンジャーRNA（mRNA）の新しい分子にコピーされる。 第二段階では、mRNAが移動してリボソームによってタンパク質にプロセシング（「翻訳」）される。
遺伝子発現レベルを制御するのを助けるために、RNAポリメラーゼによる「転写休止」は２つの段階の間で起こり得、必要ならば転写が細胞によって終結または調節され得る一種の「障害」を提供する。
「バクテリアから哺乳類まで、あらゆる生物においてRNAポリメラーゼの一時停止を引き起こすシーケンスは、より永続した一時停止が起こり得る一時停止状態で酵素を停止させる。この要素的な一時停止の基本的なメカニズムは明確に定義されていないので、我々はさまざまな生化学的および生物物理学的アプローチを使用してこれを調査することにした。」とLandick博士は説明した。
研究チームの分析によると、最初に、基本的な一時停止プロセスには、一時停止状態からの脱出を防ぐための障壁となる複数の生物学的プレーヤーが関与していることが明らかになった。 このプロセスはまた、DNAをその反応中心に供給するときにRNAポリメラーゼを「つまずく」ようにさせ、一時的にそれがRNAを作らないようにする、控えめなコンホメーションシフトを引き起こす。
「我々はまた、転写を一時停止するとRNAポリメラーゼが一時停止中にDNAのグリップとバックトラックを緩めることを発見した。合わせて、これらの結果は、プロセスが細胞内の特定の条件および調節因子によってどのように制御されるかを理解するためのフレームワークを提供する。」とLandick博士は述べている。
彼は、これらの洞察が合成遺伝子を設計するための将来の努力、例えば遺伝子から所望のアウトプットを生み出すような方法でRNAポリメラーゼの休止挙動を指示するのを助けることができると付け加えた。 それはまた、RNAポリメラーゼ阻害剤として知られる特定の薬がどのように酵素を標的にするかについての理解を助けることができるだろう。
「今のところ、一連の時間間隔で得られる一時停止した転写複合体の構造を試してみたい。これにより、酵素が一時停止状態に入ったり出たりするときに、酵素の一部がどのように動くのかを正確に知ることができるだろう。」とLandick博士は述べた。
このBioQuickの記事は、UWマディソン生化学のサイエンスライター Kaine Korzekwa氏の記事に基づいている。 Korzekwa氏の記事は、eLifeのシニアプレスオフィサーであるEmily Packer氏によるプレスリリースから作成された。 後者のリリースはEureka Alertに投稿された。
このeLifeの記事は「転写停止の要素メカニズム」と題され、もともとbioRxivに掲載されたものである。
https://www.biorxiv.org/content/early/2018/09/19/422220
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この画像は、細胞内での遺伝子発現を制御するのに役立つ転写休止プロセスを示している。(Credit: Robert Landick)
【BioQuickNews：Elemental Mechanism Driving “Transcriptional Pausing”--Which Controls Gene Expression in All Living Organisms--Revealed by Work at UW-Madison; Study Also Reveals New Understanding of RNA Polymerase】
