5′フランキング領域は、遺伝子の5′端に隣接するDNAの部分で、プロモーターやエンハンサー、その他のタンパク質が結合する部位を含むことがあります。この領域はRNAには転写されず、遺伝子の転写を制御する役割を持っています。
5′非翻訳領域（5′ UTR）は、RNAに転写されますが、その部分は機能的なタンパク質に翻訳されない領域です。この点で、5′フランキング領域と似ていますが、重要な違いがあります。5′フランキング領域はDNA上に存在し、RNAに転写されることはありません。一方で、5′非翻訳領域はmRNAの一部として転写されますが、この領域からはタンパク質が翻訳されません。したがって、5′非翻訳領域は遺伝子の発現調節に関与する可能性があるRNAの領域であり、転写後の調節において重要な役割を果たします。
「フランキング（flanking）」という言葉は、遺伝子の隣接領域を指すときに使われます。これは、ある遺伝子の両端、特に5′端や3′端の近くに位置するDNAの領域を指し、遺伝子の前後に「隣接している」という意味を持ちます。英語の「flank」は「側面」や「隣接する」という意味があり、「フランキング領域」とは遺伝子の側面にあたるDNAの領域、つまり遺伝子の直接的な活動に影響を与える可能性のあるDNAの領域を指します。この領域は、遺伝子の転写開始点の近くにあり、転写の調節に重要な役割を果たすプロモーターやエンハンサー、その他の調節領域を含むことが多いです。
なぜフランキング領域が重要なのか
遺伝子の周辺領域は、その遺伝子の発現パターンやレベルを決める上で大きな役割を果たしています。特によく知られているのが、転写の開始に関わるプロモーター領域と、遺伝子の開始点から遠い位置にある領域です。これらの場所では、転写因子と呼ばれるタンパク質がDNAと結合し、遺伝子の発現を制御します。転写因子には様々な種類があり、遺伝子の発現部位を決定するものや、ホルモン（ステロイドやトリヨードサイロニン、レチノイン酸など）と相互作用するもの、セカンドメッセンジャー（例えば、サイクリックAMPやジアシルグリセロール）によって活性化されるプロテインキナーゼによって制御されるものなどがあります。これらの相互作用により、特にステロイドホルモンの影響を受けやすい遺伝子の発現レベルが大きく変化することがあります。
遺伝子の発現場所は、組織特異的な転写因子のパターンだけでなく、DNAのメチル化のような他の要因によっても影響を受けることがあります。例えば、広範囲にメチル化されたX染色体は不活性化されます。また、DNAのメチル化を阻害する薬剤（例：アザシチジン）を使用すると、通常では発現しない組織や細胞で遺伝子の発現が誘導されることがあり、これによってメチル化の重要性が示されています。一部の遺伝子の一般的な発現レベルは、遺伝子座から離れた場所にあるDNA要素、つまり優性制御遺伝子座（DCL）や遺伝子座制御領域（LCR）によって制御されていることが知られています。これらの領域は、DNAase Iによってアクセス可能な状態にあるクロマチン内のDNA領域から特定され、トランスジェニックマウスの実験を通じて、これらの領域が遺伝子の正常な発現に必要であることが明らかにされました。このメカニズムの詳細はまだ不明ですが、遺伝子クラスターを含む他の遺伝子座においても同様に重要であると考えられています。
真核生物の5′フランキング領域エレメント
真核生物の5′フランキング領域には、エンハンサー、サイレンサー、プロモーターといった、遺伝子の発現を制御する要素が複雑に組み合わさっています。この領域で最も重要なプロモーター要素の一つがTATAボックスです。さらに、イニシエーターエレメントやダウンストリームコアプロモーターエレメント、CAATボックス、GCボックスといった他のプロモーターエレメントも5′フランキング領域に存在し、遺伝子の転写を効果的に開始させる役割を果たしています。
エンハンサー
エンハンサーとは、真核生物の遺伝子の5′フランキング領域にある、転写の強度に影響を及ぼすDNAの一部です。転写因子がエンハンサー部分に結合すると、その転写因子が遺伝子のプロモーター部分にもアクセスしやすくなるようDNAが構造的に変化します。この変化によって、RNAポリメラーゼと転写因子やプロモーターがより効果的に相互作用し、結果として転写活動が通常よりも活発になることが可能になります。
サイレンサー
サイレンサーは、真核生物の遺伝子の5′フランキング領域にある、遺伝子の発現を抑制する役割を持つDNA配列です。リプレッサーと呼ばれるタンパク質がサイレンサーに結合することで、その働きが発揮されます。この結合は、RNAポリメラーゼがプロモーターと効果的に相互作用するのを防ぎ、結果的に遺伝子の転写を妨げます。このメカニズムによって遺伝子の発現が抑えられ、サイレンシングされるため、該当の遺伝子は細胞内で表現されなくなります。
TATAボックス
TATAボックスは、多くの真核生物の遺伝子で見られ、RNAポリメラーゼIIによって転写される遺伝子に一般的に存在します。このTATAボックスがTATA結合タンパク質（TBP）と結合することで、転写の初期段階である転写因子複合体の形成が促されます。TATAボックスはおおよそ10ヌクレオチドの長さを持ち、転写開始点から約30～20ヌクレオチド上流に位置するコアプロモーター領域に存在することが一般的です。この配置により、TATAボックスは遺伝子の転写を開始するための重要な役割を果たしています。
CAATボックス
CAATボックスは、真核生物のゲノムにおける5′フランキング領域の中で重要な役割を担っている要素です。この領域には、CAATバインディングプロテインと呼ばれる特定の転写因子が結合し、転写プロセスを支援します。CAATボックスは通常、約10塩基の長さを持ち、転写開始点から約80～70塩基上流に位置する近位プロモーター領域に存在していることが多いです。この結合により、遺伝子の転写が効率的に行われるようになります。
3’フランキングDNA
遺伝子の3′末端に隣接するDNA領域で、成熟したmRNAには含まれない部分を3’フランキング領域と言います。以前はこの領域が全く転写されないと考えられていましたが、実際にはRNAに転写されるものの、一次転写産物から成熟mRNAを作る過程で早期に取り除かれることが明らかになっています。この3’フランキング領域には、mRNAの3’末端の形成に影響を与える配列が含まれており、エンハンサーやタンパク質が結合する可能性のある他の部位も存在することがあります。
プロフィール
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
