遺伝子発現の調節
酵素誘導 (enzyme induction) は、分子(薬剤など)が酵素の発現を誘導(開始または向上)する過程である。
キイロショウジョウバエにおける熱ショックタンパク質の誘導。
lacオペロンは、遺伝子の発現がどのように調節されるかの興味深い例である。
ウイルスは、わずかな遺伝子しか持っていないにも関わらず、自身の遺伝子の発現を調節するメカニズムを持っている。一般的に遺伝子発現は、early phase と late phase に分かれており、anti-terminator(λファージ(英語版))や splicing modulator(HIV)によって調節されている。
Gal4は、GAL1、GAL7、GAL10(いずれも酵母のガラクトース代謝に関わる)の発現を制御する転写活性化因子である。GAL4/UASシステムは、遺伝子発現の研究のため、門を越えて幅広い生物種で利用されている。
多数の制御システムが発生生物学の研究によって明らかにされている。その例を次に挙げる:
ホメオティック遺伝子:遺伝子クラスターのゲノム上の位置と、体の前後軸に沿った入れ子状の発現パターン、発生過程での時間的な発現順序が対応している(共直線性, colinearity)。
手のパターン形成(指-指間部): 極性化活性体(英語版)から分泌される誘導因子 Shh (sonic hedgehog) の濃度勾配は、活性型 Gli3(英語版)の勾配を作り出す。Gli3はグレムリン(英語版)を活性化し、分泌性因子であるBMPを阻害する。この反応拡散系の結果、交互の活性パターンが形成される。
体節形成(英語版):均一な組織(未分節中胚葉)から体節を作り出す過程であり、体節は体の前側から後側へ順番に作られてゆく。この過程は有羊膜類ではおそらく、2つの対向する勾配(前側のレチノイン酸、後側のWntとFGF)によって支配されており、この勾配とFGF、Notch、逆位相のWntによる振動パターン (segmentation clock) との共役によって分節が行われていると考えられている。
ショウジョウバエの体細胞における性決定:性染色体にコードされる遺伝子と常染色体遺伝子との比の検出を必要とし、その結果雌ではsex-lethalスプライシング因子が合成されて、doublesex遺伝子の雌型アイソフォームが発現する。
mRNAの翻訳もまた多数のメカニズムによって制御されているが、そのほとんどは開始の段階で行われる。リボソーム小サブユニットのリクルートは、mRNAの二次構造、アンチセンスRNAの結合、タンパク質の結合などによって制御される。原核生物と真核生物の双方において、多数のRNA結合タンパク質が存在し、それらはしばしば、転写産物の二次構造によって標的配列へ差し向けられる。その二次構造自体も、温度やリガンドの存在(アプタマー)などの条件によって変化する。いくつかの転写産物はリボザイムとして機能し、自身の発現を制御する。
アップレギュレーション (up-regulation) は細胞内外からのシグナルによって細胞内に引き起こされる過程であり、1つもしくはそれ以上の遺伝子の発現が上昇し、それらの遺伝子によってコードされるタンパク質が増加する過程である。逆に、ダウンレギュレーション (down-regulation) は遺伝子発現が低下し、対応するタンパク質が減少する過程である。
アップレギュレーションは、例えば、細胞にある種の受容体が欠乏しているときに起こる。この場合、より多くの受容体タンパク質が合成されて細胞膜に輸送され、その結果、細胞の感受性が通常の状態に戻り、恒常性が再構築される。
ダウンレギュレーションは、例えば、細胞が神経伝達物質やホルモン、薬剤によって長期間過剰に刺激されたときに起こる。細胞を保護するために受容体タンパク質の発現は減少する(タキフィラキシーを参照)。