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細胞(組織)特異的にタンパク質が発現する理由について教えてください。

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質問者

justinstopjpさん

2008/3/1423:30:05

細胞(組織)特異的にタンパク質が発現する理由について教えてください。

生化学の初心者です。超基本的なことをお聞きします。
・1個体あたりの細胞中のゲノム配列は全て同じですよね?
・もし、同じだとしたらなぜ組織ごとに発現するタンパク量が異なるのでしょうか?
・また、科学の進歩で組織特異的にタンパク発現(遺伝子発現)を抑制できることができるようになっていますが、簡単な原理を教えてください。
よろしくお願いします。

補足プロモーターの存在は知っています。プロモーターが組織ごとのタンパク発現(量・種類)を制御しているなら、組織特異的に機能するプロモーターがあるということですよね?なぜそのようなことが可能なのか分かりません。転写因子もタンパク発現を制御していますが、結局転写因子もタンパクなので、遺伝子配列が同じ細胞から同じ転写因子が作られることになるので、転写因子では説明が付きません。

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ベストアンサーに選ばれた回答

2008/3/1602:28:26

細胞毎のゲノム配列は全て同じですが、細胞がいろいろな組織に分化する過程で機能的に特殊化するだけでなく、ゲノムの特定の部位が不活性化するということも起こります。
従って、元々の設計図は各細胞共通でも、実際に読める部分が異なり、作れるものも違ってきます。(「エピジェネティクス」で検索してみてください)
特定のタンパク質をコードする遺伝子の、読める部分のコピー数が異なれば、量的な違いも出てきます。
(余談ですが、少し前に話題になったiPS細胞は、皮膚に分化した細胞の不活性化したゲノムをリセットして作った万能細胞です。また、不活性化部分が偶発的に決まる場合もあるので、一卵性双生児の差異を作ったりもします)

また、細胞そのものを活性化するスイッチによる制御も関係しますよね。
細胞は神経刺激や、低分子、高分子の化学的な刺激などで活性化しますが、各組織細胞によって制御に関わる分子が異なるので、作られるタンパク質やその量も異なってきます。

いわゆる医薬品の多くは、特定の化学物質が細胞のスイッチをONにしたりOFFにしたりすることで効果を示すわけですが、効かせたい細胞だけに反応するような物質をデザインすれば、組織特異的な制御は可能です。しかしながら、例えばガン細胞だけに作用する薬を作るのが難しいように、言うは安し・・・という面もあります。
人為的な組織特異的なタンパク発現の制御法については、原理的には上記のような特定の細胞、レセプターだけに反応する物質、機構による方法の他、特定の遺伝子だけ活性化(もしくは不活性化)する方法、などがあると思いますが、詳しくは「DDS、医薬品」で検索すると参考になるかと思います。

質問した人からのコメント

2008/3/20 00:44:44

降参 なるほど。分かりやすい説明ありがとうございました!

ちょい足しを取り消しますが
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ベストアンサー以外の回答
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wind_aaaaaさん

2008/3/1509:00:04

>・1個体あたりの細胞中のゲノム配列は全て同じですよね?
その通りです。

>・もし、同じだとしたらなぜ組織ごとに発現するタンパク量が異なるのでしょうか?
以下に説明したように、調節領域(プロモーター)というものがあり、それがDNA→mRNAという転写の制御にかかわるからです。

>・また、科学の進歩で組織特異的にタンパク発現(遺伝子発現)を抑制できることができるようになっていますが、簡単な原理を教えてください。
組織特異的な遺伝子発現にかかわる遺伝子を導入したり、逆にそうした遺伝子の機能を失わせたり(ノックアウト)、調節因子を外から直接加えたりすれば、そうしたことが可能だと思います。


以下は、調節領域などに関しての簡単な説明です。

DNAには、mRNAに転写されてタンパク質になる部分だけでなく、そうした転写を調節する領域もあります。
そうしたDNAの転写を調節する領域は、調節領域やプロモーターと呼ばれます。
プロモーター部分に、転写を促す因子(タンパク質など)がくっつくことで、DNAの決まった部位の転写が行われたり、逆に抑制されたりします。それによって、組織特異的にタンパク質が作られたり、決まった時期にのみタンパク質が作られたり、タンパク質などが多すぎるときには逆に減らしたり(フィードバック)といったことが行われます。
参考:
http://www.st.sophia.ac.jp/minilecture/minilec7.html
http://www.tmd.ac.jp/artsci/biol/pdf3/Chapt9.doc(ドキュメントファイル)
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%BB%A2%E5%86%99_(%E7%94%9F%E7%89%A9...

体の特定の部位を作る、形態形成にかかわる遺伝子(ホメオティック遺伝子)も、こうした調節領域が関与しています。
参考:
http://www.asahi-net.or.jp/~hi2h-ikd/biojikken/homeobox.htm
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%83%A1%E3%82%AA%E3%83%9C%E...

ごく最近の研究で、ジャンクDNA(役に立たないと思われていたDNA)から作られるRNAも、遺伝子発現に関与している可能性があることが明らかになってきました。
参考:
http://www.yomiuri.co.jp/iryou/news/iryou_news/20050902ik01.htm?fro...

ちょい足しを取り消しますが
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