トランスポゾン

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。

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。