● はじめに：遺伝情報発現とは
細胞は、DNAに保存された情報を必要に応じて読み取り、mRNAを作り、さらにタンパク質へ変換することで生命活動を維持しています。この「DNA → RNA → タンパク質」という流れはセントラルドグマと呼ばれ、生命科学の基礎原理です。
本記事では、その中心となる 転写（Transcription） と 翻訳（Translation） を詳しく解説します。
■ 転写（Transcription）：DNAからRNAを作るプロセス
転写とは、DNAの特定領域の塩基配列をRNAへ写し取る反応です。主役となる酵素は RNAポリメラーゼ です。
● 1. 転写開始（Initiation）
● プロモーター領域
転写開始にはDNAの上流にある**プロモーター（promoter）**と呼ばれる配列が必要です。
- 真核生物：TATA box（−25付近）など
- 原核生物：−10, −35領域のコンセンサス配列
● 転写因子（Transcription factors）
真核生物では、RNAポリメラーゼは単独ではプロモーターを認識できません。
まず**基本転写因子（TFIID, TFIIB, TFIIHなど）**が集まり、転写開始複合体が形成されます。
● DNAの局所的な解離
TFIIHのヘリカーゼ活性によってDNA二重らせんがほどかれ、1本鎖が露出します。
ここからRNA合成がスタートします。
● 2. 転写伸長（Elongation）
RNAポリメラーゼはDNA鋳型鎖を読み取りながら、
- A→U
- T→A
- C→G
- G→C
という相補的塩基対を利用してRNAを合成します。
RNAは 5’→3’方向 に伸長され、ポリメラーゼはDNA上を滑るように進行します。
● 3. 転写終結（Termination）
終結シグナルに到達するとRNA鎖が解離して転写が終了します。
- 原核生物：Rho依存性/非依存性終結
- 真核生物：ポリAシグナル（AAUAAA）による切断とポリA付加
● 4. 真核生物に固有の mRNA成熟（mRNA processing）
真核生物では転写直後の**前駆体mRNA（pre-mRNA）**はそのままでは機能せず、以下の修飾を受けます：
- 5’キャップ付加
→ 翻訳開始とRNA安定化に必須 - スプライシング（intronsの除去、exonsの連結）
- 3’末端のポリA付加（polyadenylation）
→ 核外輸送、安定性の向上
これにより成熟mRNAができ、核外へ輸送されて翻訳の場（細胞質）へ向かいます。
■ 翻訳（Translation）：mRNAからタンパク質を作るプロセス
翻訳は リボソーム（ribosome） が中心となる反応で、mRNAの塩基配列がアミノ酸配列へ変換されます。
● 1. 翻訳開始（Initiation）
● 翻訳開始因子（eIFs）とリボソーム
真核生物のリボソームは
- 40S小サブユニット
- 60S大サブユニット
から構成されます。
- 40Sサブユニットが開始因子とともにmRNAの 5’キャップ を認識
- Kozak配列（AUG近傍のコンセンサス）を探索
- 開始コドンAUGに到達すると60Sが結合し、リボソームが完成
● 2. 翻訳伸長（Elongation）
● tRNAの役割
tRNAは以下を同時に持つ重要な分子です：
- アンチコドン：mRNAのコドンに結合
- アミノ酸付加部位：特定のアミノ酸を保持
こうして「コドンとアミノ酸の対応関係」を実現しています。
● ペプチド結合形成
リボソームは3つの槽（A, P, Eサイト）を持ち、A→P→EとtRNAが移動します。
アミノ酸同士は ペプチジルトランスフェラーゼ 活性によって連結され、ポリペプチド鎖が伸びていきます。
● 3. 翻訳終結（Termination）
終止コドン（UAA, UAG, UGA）に到達すると リリース因子（RF） が結合し、ポリペプチド鎖が解離します。
タンパク質はその後、折り畳み（フォールディング）や翻訳後修飾を受けて機能を獲得します。
■ 遺伝子発現調節のポイント
転写と翻訳は単に情報を写し取るだけでなく、次のような段階で厳密に調節されています：
- 転写因子によるプロモーター活性調節
- エピジェネティック制御（DNAメチル化、ヒストン修飾）
- 代替スプライシング
- miRNAによるmRNA分解/翻訳抑制
- タンパク質の分解（ユビキチン・プロテアソーム系）
これらの多層的な制御により、細胞は状況に応じて適切なタンパク質量を確保します。
● まとめ
- 転写：DNAからmRNAが作られる
- mRNAの成熟（真核生物）：キャップ付加・スプライシング・ポリA付加
- 翻訳：リボソームがmRNAを読み取り、tRNAを介してタンパク質を合成
- 遺伝子発現は多段階かつ精緻に調節されている
転写と翻訳は、細胞が生命活動を営むうえで欠かせない中心プロセスです。