トランスポゾン（移動因子）とは？定義・発見・仕組みと生物学的影響
トランスポゾン（移動因子）の定義、発見（マクリントック）、移動の仕組みとゲノムへの生物学的影響を図解でわかりやすく解説する入門ガイド。
トランスポゾンは、1つの細胞のゲノム内で新しい位置に移動することができるDNA配列である。マスコミはこれをジャンプ遺伝子と呼んだが、「遺伝子」と呼ぶのは正しくない。
トランスポゾンは、バーバラ・マクリントックがトウモロコシを研究しているときに初めて発見した。彼女は1983年にその功績でノーベル賞を受賞した。
転座は重大な変異を生じさせ、細胞のゲノムサイズを変化させる可能性がある。
トランスポゾンとは（補足説明）
トランスポゾンは自己複製や移動によりゲノム内の位置を変える可動性のあるDNA配列の総称です。一般に「ジャンプ遺伝子」と俗称されますが、多くはタンパク質をコードしない反復配列であり、伝統的な意味での「遺伝子」とは異なります。移動の方法や構造に応じて性質が大きく異なり、真核生物・原核生物問わず広く存在します。
主な種類と仕組み
- DNAトランスポゾン（cut-and-paste型）：トランスポゼースという酵素によって自身の配列を切り出して別の場所に挿入します。移動はしばしば「切って貼る」方式で、元の箇所が欠失することがあります。例：トウモロコシのAc/Ds、ショウジョウバエのP要素。
- レトロトランスポゾン（copy-and-paste型）：まずRNAに転写され、その後逆転写酵素でDNAに戻されて新しい位置に挿入されます。元のコピーはゲノムに残るため数を増やしやすい。LTR型と非LTR型（LINEやSINEなど）に分類され、ヒトゲノムではLINE-1やAlu（SINE）が代表例です。
移動の際にはしばしば標的部位の複製（target site duplication）や末端逆向反復配列（TIR）などの特徴が生じます。構造上の特徴やコードする酵素（トランスポゼース、インテグラーゼ、逆転写酵素など）によって分類・同定されます。
生物学的影響と役割
- 突然変異の原因：転入による遺伝子破壊、転出による欠失、近接する遺伝子の発現変化などが生じ得ます。ヒトではL1挿入が原因で遺伝疾患を引き起こした例が報告されています。
- ゲノムサイズの変化：複製型トランスポゾンはコピー数を増やし、ゲノムの大きさを増加させます。植物や脊椎動物のゲノムの大部分がトランスポゾンに由来することが多いです（ヒトゲノムの約40–50%が反復配列に相当）。
- 遺伝子発現や調節の変化：トランスポゾンに含まれるプロモーターやエンハンサー配列が既存の遺伝子の制御に組み込まれ、新しい発現パターンを生むことがあります（exaptation）。
- 進化的素材：配列のコピーや再配置は新しい遺伝子や調節領域の起源になり得ます。種の多様化や遺伝子家族の拡張に寄与します。
- 疾患との関連：がん細胞ではトランスポゾンの再活性化が観察され、遺伝的不安定性を高めることがあります。免疫応答や自己免疫にも影響を与える可能性が研究されています。
宿主による制御機構
トランスポゾンの有害な増殖を抑えるため、真核生物は複数の防御機構を持ちます。代表的なものはDNAメチル化やヒストン修飾などのエピジェネティックなサイレンシング、piRNAやsiRNAによるRNA干渉経路による抑制です。これらにより胚や生殖細胞での活性化が防がれ、ゲノムの安定性が保たれます。
研究と応用
- トランスポゾンは遺伝子機能解析のための強力なツールとして使われます（標的遺伝子の破壊・標識、ランダム挿入によるミューテージェネシスなど）。
- Sleeping BeautyやPiggyBacのような改良型トランスポゾンは遺伝子導入や細胞工学、遺伝子治療のベクターとして研究・応用されています。
- 次世代シーケンスとバイオインフォマティクスにより、トランスポゾンの分布や新規挿入の検出が高精度で可能になっています（RepeatMaskerなどのツール）。
検出法・解析法（簡単に）
- 全ゲノムシーケンスによる反復配列マッピング
- トランスポゾンディスプレイや特異PCRによる新規挿入検出
- トランスクリプトーム解析での転写活性の評価
まとめ
トランスポゾンは単なる「ジャンプする遺伝子」ではなく、ゲノムの構造・機能・進化に深く関与する多様な可動配列の総称です。宿主はこれらをエピジェネティックやRNAレベルで制御しながら利用・抑制しており、医学・生物学・バイオテクノロジーの重要な研究対象となっています。
トウモロコシの斑点はトランスポゾンによる変異である
タイプ
トランスポゾンは、数種類ある移動性遺伝要素のうちの一つに過ぎない。トランスポゾン自身は、その仕組みによって、「コピー＆ペースト」（クラスI）と「カット＆ペースト」（クラスII）の2種類に分類される。
クラスI（レトロトランスポゾン）。DNAからRNAへの転写、RNAからDNAへの逆転写の2段階で自己複製を行う。その後、DNAのコピーはゲノム上の新しい位置に挿入される。レトロトランスポゾンは、HIVのようなレトロウイルスと非常によく似た挙動をする。
クラスII（DNAトランスポゾン）。一方、クラスIIトランスポゾンの切り貼り転写機構は、RNAの中間体を介さない。
細菌のDNAトランスポゾン
病気の原因として
トランスポゾンは突然変異誘発物質である。トランスポゾンは様々な方法で宿主細胞のゲノムを損傷させることができます。
- トランスポゾンやレトロポゾンが機能的な遺伝子に挿入されると、ほとんどの場合その遺伝子が無効化される。
- トランスポゾンが遺伝子から離れた後、その結果生じるギャップはおそらく正しく修復されないだろう。
- Alu配列のような同一配列の複数コピーは、有糸分裂や減数分裂の際に正確な染色体の対合を妨げ、染色体複製の主な原因の一つである不均等な交差を引き起こす可能性がある。
使用方法
トランスポゾンは、抗生物質耐性遺伝子などの付属遺伝子を搭載することができる。トランスポゾンは、生物のDNAに遺伝子を組み込むのに利用される。これは、ショウジョウバエ（Drosophila melanogaster）の胚にトランスポゾンを入れることによって行われている。
例
- 最初のトランスポゾンは、1948年にバーバラ・マクリントックによってトウモロコシ（Zea mays）から発見され、その功績により1983年にノーベル賞を受賞した。彼女は、このトランスポゾンが引き起こす染色体の突然変異に注目した。トウモロコシの全ゲノムの約50％がトランスポゾンで構成されている。McClintockが報告したAc/Ds系はクラスIIトランスポゾンである。
- キイロショウジョウバエのトランスポゾンはPエレメントと呼ばれる。Pエレメントは、20世紀半ばに初めてこの種に出現したようである。このPエレメントは、20世紀半ばに初めて出現し、50年以内にすべての個体群に行き渡った。Pエレメントは、ショウジョウバエの胚に注入して遺伝子を組み込むのに使われる。
- ヒトに最も多く存在するトランスポゾンは、Alu配列である。長さは約300塩基で、ヒトのゲノム中に30万から100万回見つかります。
- Mariner-like elementは、ヒトを含む複数の生物種に存在するトランスポゾンの中で、もう一つの顕著なクラスである。Marinerトランスポゾンは、JacobsonとHartlによってショウジョウバエで初めて発見された。このクラスIIトランスポゾンは、多くの生物種で水平方向に伝達される不思議な能力で知られている。ヒトのゲノムには、260万塩基対からなるマリナーのコピーが1万4千個あると推定されている。
進化
トランスポゾンは、多くの生命体に存在する。トランスポゾンは、何度も独立して発生したのかもしれないし、一度だけ発生し、その後、遺伝子の水平伝播によって他の界に広がったのかもしれない。
トランスポゾンの中には宿主に利益をもたらすものもあるが、ほとんどは利己的なDNA寄生生物とみなされている。この点では、ウイルスに似ている。また、様々なウイルスとトランスポゾンは、ゲノム構造や生化学的能力において共通点があり、共通の祖先を持つのではないかと推測されている。
トランスポゾンの過剰な活性はゲノムを破壊し、致死的である。多くの生物は、それらを抑制する機構を開発してきた。細菌は遺伝子欠失を利用してトランスポゾンとウイルスをゲノムから除去し、真核生物はRNA干渉（RNAi）を利用してトランスポゾンの活性を抑制することができる。
脊椎動物の細胞では、ゲノムに存在する10万個以上のDNAトランスポゾンのほぼすべてが不活性ポリペプチドをコードしている。ヒトでは、クラスIのようなトランスポゾンはすべて不活性である。遺伝学の道具として使われた最初のDNAトランスポゾン、Sleeping Beautyトランスポゾンシステムは、長い進化の眠りから甦ったトランスポゾンであった。
免疫系における役割
トランスポゾンは、抗体の多様性を生み出す手段として、脊椎動物の免疫系に採用された可能性がある。V(D)J組み換えシステムは、トランスポゾンと似たようなメカニズムで作動している。これは、脊椎動物のリンパ球を作る際に、3つの遺伝子が組み換わるシステムである。このシステムは、細菌、ウイルス、寄生虫、腫瘍細胞などの機能不全細胞、花粉などの抗原に適合するタンパク質を多様にコードしている。
最終的なDNA配列、すなわち抗体の配列は、同じ2つのV、D、またはJセグメントが結合した場合でも、非常に多様である。この多様性により、VDJ組み換えは、その生物もその祖先も遭遇したことのない微生物に対する抗体も作り出すことができるのである。
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