主な違い-マニピュレーターとレギュレーター

マニピュレーターとは、原核生物において、プロモーターとオペロンによって制御される複数の遺伝子からなる機能的なDNAユニットのことである。レギュロンは、1つの制御分子によって制御される非連結の遺伝子群からなる機能的な遺伝子単位である。マニピュレーターとレギュレーターの重要な違いは、遺伝子の連続性か不連続性である。マニピュレーターの遺伝子群は連続的に配置されるが、レギュレーターの遺伝子は不連続に配置されることがある。

原核生物と真核生物では、遺伝子の発現制御はそれぞれ異なるメカニズムで行われている。原核生物はマニピュレーターの概念で、真核生物はレギュレーターの概念で遺伝子の発現を制御している。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. マニピュレーターとは 3. レギュレーターとは 4. マニピュレーターとレギュレーターの共通点 5. 横並び比較-マニピュレーターとレギュレーターの表形式 6. まとめ

オペロンは何ですか？

近年、線虫など一部の真核生物でオペロンが見つかっていますが、オペロンは主に原核生物で発見されています。オペロンは、共通のプロモーターによって制御される複数の遺伝子と、共通のオペロンから構成されています。この動作はブロッカーとインデューサーによって制御されている。したがって、これらのオペロンは、主に誘導性オペロンと抑制性オペロンに分けられる。このように、オペロンは複数の遺伝子から構成されているため、転写が完了するとポリシスmRNAが生成される。

原核生物には、誘導性のLacマニピュレーターと抑制性のTrpマニピュレーターの2つの主要なマニピュレーターが存在する。マニピュレーターの構造は通常、プロモーター、オペロン、そして微生物の乳糖代謝に関わる3つの酵素をコードするlac Z、lacy、lacaの3つの遺伝子からなるlacマニピュレーターと関連して研究されている。lac Zはβガラクトシダーゼ、Lac Yはβガラクトシドパーミアゼ、Lac Aはβガラクトシドトランスアセチルアゼをコードしている。これら3つの酵素は、いずれも乳糖の分解と輸送に寄与している。このように、ラクトースの存在下で、lacブロッカーと結合する化合物が形成され、RNAポリメラーゼの作用が進行し、遺伝子の転写につながる。ラクトース非存在下では、lacブロッカーはオペロンに結合し、それによってRNAポリメラーゼの活性をブロックする。そのため、lacマニピュレーターは、基質であるラクトースの存在下でマニピュレーターが作用する誘導性マニピュレーターとして機能する。

一方、trpのマニピュロンは抑制されたマニピュロンである。トリプトファンは重要なアミノ酸であり、trpマニピュレーターはその合成過程に必要な5つの酵素をコードしている。そのため、trpのマニピュレーターは常にアクティブな状態になっています。トリプトファンが過剰になると、マニピュレータが抑制されるため、抑制性マニピュレータと呼ばれる。その結果、定常状態に達するまでトリプトファンの産生が抑制される。

図01：オペレーション

このように、lacマニピュレーターとtrpマニピュレーターはともに、遺伝子制御に関わることで、細胞のエネルギーを節約し、分子レベルでの細胞活動の精度を維持することに関与しているのです。

レギュレーター（レギュロン）は何ですか？

レギュロンは、バクテリアでも以前から同定されており、レギュロンと名付けられた一連のマニピュレーターを有している。現在、レギュロンは共通の制御遺伝子によって制御されるDN**セグメントまたは遺伝子単位である。このように、レギュロン遺伝子の発現には、プロモーターとマニピュレーターに加え、新たに制御遺伝子が関与していることがわかった。現在では、主に真核生物で観察されている。遺伝子単位は、連結していない遺伝子の集合で構成されています。したがって、これらの遺伝子は特定の明確な順序で配置されているわけではなく、真核生物のゲノム全体に分布している可能性がある。

図02：レギュレーター

原核生物では、レギュレーターは一緒に働くマニピュレーターの一群と呼ばれている。レギュレーターは主にモジュールや**サブストレートに分けられます。モジュールはあらゆるストレスや条件に対応するのに対し、**サブユニットは環境変化や**にのみ対応する。原核生物の例では、リン酸塩の調節やシグマ因子を介した熱ショックストレス応答の調節で観察されている。真核生物では、これらの制御因子は、翻訳を誘導したり阻害したりする翻訳因子と結合することで翻訳を制御している。

オペロンとレギュレーター（レギュロン）の共通点

• 遺伝子発現の制御には、マニピュレーターとレギュレーターの両方が関与している。
• マニピュレーターもレギュレーターもDNAでできている。
• マニピュレータもレギュレータも、誘導剤、阻害剤、あるいは**によって制御される。

オペロンとレギュレーター（レギュロン）の違い

概要 - オペロン vs. レギュレーター（レギュロン）

マニピュレーターとは、遺伝子発現を制御する調節因子のことです。どちらの制御機構も当初は原核生物で観察されたが、その後、制御タンパク質は主に真核生物に存在することが判明した。真核生物の遺伝子の転写と翻訳を制御する役割を担っている。マニピュレーターは主に誘導性、抑制性がある。それらはプロモーターとオペロンを含む一連の遺伝子から構成されているが、調節因子においては、真核生物では制御遺伝子が非連続的な一連の遺伝子の制御に関与している。これが、マニピュレーターとレギュレーターの違いです。

引用

1. Culjkovic, B et al."Control of gene expression by RNA regulators: role of eukaryotic translation initiation factor eIF4E", Cell Cycle (Georgetown, TX), US National Library of Medicine, 2007年1月1日.遺伝子制御：マニピュロン理論。ここで入手可能 2. "遺伝子制御：マニピュロン理論", Inner Chambers.