terminal selectorとして最終的な分化状態を制御する転写因子が自分自身の遺伝子発現も制御する(autoreglulation)例

Life Unfoldingを読んでいたら、細胞の終末分化(terminal differentiation)状態においては、3つの条件が満たされれる必要があるという説明がありました。すなわち、

１．転写因子が、分化した細胞の機能を発揮するのに必要な一連の遺伝子を制御する

２．その転写因子は、自分自身の遺伝子の発現も促す

３．その転写因子は、遺伝子発現の状態を変えてしまうような別の転写因子の遺伝子発現を促すことはしない

言われてみるとなるほどそれはそうだろうなと思いました。しかし実際に自然界はそのようなロジックで成り立っているのでしょうか。たしかに、いくつかの例では上の条件を満たすようです。ただし生成AIにいろいろ質問を投げてみると、あらゆる分化した細胞でこれが満たされているという証拠があるわけではなく、これ以外のメカニズムも関与していて実際はもっと複雑な様相のようです。autoregulationの概念（仮説）を指示する証拠を纏めてみます。

終末分化をとげた細胞において転写因子が自分自身の遺伝子発現を制御している例

autoregulation（自分自身の遺伝子発現を制御する転写因子）の例

keratinocytes　p63

keratinocytesでkeratin遺伝子の発現を促進する転写因子p63は、p63自身の遺伝子発現も促進する。p63はp53ファミリーの一員。p63はいくつかのケラチン遺伝子(K5, K14, K1, K10など）のプロモーターに直接結合して遺伝子発現を促進する。ただしp63のみではなく、AP-1 (Activator Protein 1) Sp1 (Specificity Protein 1) AP-2 (Activator Protein 2)といった転写因子もケラチン遺伝子の発現制御に関与している。(claude.ai)

筋細胞 MyoD

MyoDはマスター遺伝子として筋分化を制御しています。自分自身の遺伝子のプロモーターに結合し発現を促進します。

MyoD is a key regulatory gene involved in the differentiation of muscle cells. The question of whether MyoD is expressed in terminally differentiated muscle cells has been explored in various studies.

  • MyoD and Terminal Differentiation:
    • MyoD is expressed in terminally differentiated muscle cells and is crucial for the activation of muscle-specific genes and the differentiation process.
    • MyoD expression coincides with terminal differentiation in determined muscle cells, indicating its role as an effector in this process.
  • MyoD and Cell Cycle Arrest:
    • MyoD induces terminal cell cycle arrest by increasing the expression of the cyclin-dependent kinase inhibitor p21, which is essential for the differentiation of skeletal muscle cells.
    • MyoD-mediated cell cycle withdrawal is a prerequisite for terminal differentiation, highlighting its role in coordinating muscle-specific gene expression and cell cycle exit.
  • Regulation of MyoD Activity:
    • MyoD activity is regulated by various factors, including chromatin modifiers like G9a, which methylates MyoD and affects its transcriptional activity.
    • The interaction between MyoD and other proteins, such as E-proteins, is crucial for its function in promoting differentiation. In rhabdomyosarcoma cells, forced heterodimerization of MyoD with E-proteins can restore differentiation.
  • MyoD in Different Cell Types:
    • MyoD can activate muscle-specific genes in a variety of differentiated cell types, suggesting its broad capability to induce muscle differentiation.
    • Even in non-muscle cells, MyoD can trigger a muscle differentiation program, indicating its potent role in myogenesis.

MyoD is indeed expressed in terminally differentiated muscle cells and plays a critical role in the differentiation process. It not only activates muscle-specific genes but also induces cell cycle arrest, which is essential for terminal differentiation. The regulation of MyoD activity by various factors ensures its proper function in muscle differentiation. (consensus.app)

下垂体 Pit-1

Pit-1 (POU1F1) 下垂体の発生を制御し、自身の遺伝子発現も亢進させます。

眼　Pax6

Pax6は眼の形成に関与する重要な遺伝子です。自分自身の遺伝子発現を制御(autoregulation）することが知られています。

線虫の化学物質を受容する感覚神経細胞 　ASE

線虫のASEはASEニューロンの受容体遺伝子の発現を制御します。自分自身の発現も制御しています。そのためterminal selectorという概念に当てはまります。

線虫AIY介在神経 TTX-3および CEH-10

TTX-3とCEH-10は協同して働き、AIY介在神経に特徴的な遺伝子の発現制御に関与します。

線虫ASE味覚神経　 CHE-1

CHE-1はASE特異的遺伝子の発現を制御します。自分自身の発現も制御しています。

線虫のコリン作動性運動神経細胞 UNC-3

UNC-3はコリン作動性運動神経細胞の終末分化に関与しており、自分自身の遺伝子発現も制御しています。

セロトニン作動性ニューロン　PET-1

PET-1は脊椎動物においてセロトニン作動性ニューロンに特異的な遺伝子の発現制御を担います。分化した神経細胞において自分自身の遺伝子発現も制御して発現を維持しています。そのためterminal selectorと言えます。

セロトニン作動性ニューロン LMX1BおよびPET-1

LMX1BおよびPET-1は協同して働いてセロトニン作動性ニューロンの発現型の維持に関与します。