利己的DNAとは、2つの異なる性質を持つDNAの配列を指す用語です。

  • ゲノム内でそれ自身の追加コピーを形成することにより、DNA配列が拡散する；および
  • 宿主生物の生殖の成功に特定の貢献をしない。(有意な悪影響を及ぼす場合もあれば、そうでない場合もある)

リチャード・ドーキンスは1976年の著書『利己的な遺伝子』の中で、真核生物ゲノムのノンコーディングDNAが発見されたときに利己的なDNAの概念を提案した。1980年には、雑誌『ネイチャー』に掲載された2つの論文がこの概念を拡大して論じています。そのうちの一つの記事によると

自然淘汰の理論は、より一般的な定式化では、複製する主体間の競争を扱います。そのような競争の中では、効率の良い複製者は、効率の悪い競争相手を犠牲にして数を増やしていくことを示しています。十分な時間が経過すると、最も効率的な複製者だけが生き残る。

-salescapeZs_2009camsL.E. Orgel & F.H.C. Crick, Selfish DNA: the ultimate parasite.

正常な遺伝学的機能を持つ DNA は、その制御する細胞を操作することで複製に影響を与える「複製する存在」と見なすことができるかもしれません。対照的に、利己的なDNAのユニットは、細胞内の既存のメカニズムを利用して、他の点で生物のフィットネスに影響を与えることなく増殖する可能性があります。

利己的なDNAと遺伝的に機能的なDNAの間には鋭い境界線はありません。また、あるノンコーディングDNAの単位が機能的に重要なのかどうか、重要な場合にはどのような方法で重要なのかを見極めることはしばしば困難です。さらに言えば、利己的なDNAとある種のウイルスを区別することは必ずしも容易ではありません。

利己的DNAの特徴と種類

  • 自己複製能：自身の配列をコピーしてゲノム中で数を増やす能力を持つ。コピー＆ペースト型（レトロトランスポゾン）やカット＆ペースト型（DNAトランスポゾン）などのメカニズムがある。
  • 宿主適応への貢献が限定的：自身の増殖が宿主の生殖成功に明確に寄与しない、あるいは有害となる場合がある。
  • 広範な分布：真核生物のゲノムではかなりの割合を占める（ヒトゲノムでは約半分近くがトランスポゾン由来とされる）。
  • 多様なタイプ：代表的なものにLINE（Long Interspersed Nuclear Elements）、SINE（Short Interspersed Nuclear Elements、例：Alu）、LTRレトロトランスポゾン、DNAトランスポゾンなどがある。

代表例と実例

  • ヒト：LINE-1（L1）やAlu配列などが多数を占める。これらはゲノムサイズの増大と変異源として重要。
  • ショウジョウバエ：P要素などのトランスポゾンが種内変異や遺伝的研究の材料となってきた。
  • 植物：トランスポゾンがゲノムの大きさや遺伝子発現に大きな影響を与える例が多い。

増殖の仕組み（概略）

  • レトロトランスポゾン：RNAとして転写された後、逆転写酵素によりDNA化され、ゲノムの別の位置に挿入される（コピー＆ペースト）。
  • DNAトランスポゾン：トランスポザースなどの酵素の働きで配列を切り取り、別の位置に挿入する（カット＆ペースト）。
  • ホーミング：ホーミングエンドヌクレアーゼなどが特定配列を切断し、自身の配列をコピーして修復過程で挿入するタイプもある。

ゲノムと生物への影響

  • 突然変異の原因：挿入により遺伝子が破壊されたり、転写やスプライシングが変わることがある。
  • 遺伝子発現の調節：転写因子結合部位やプロモーター様配列を提供し、近傍遺伝子の発現を変えることがある（exaptation/ドメスティケーション）。
  • ゲノムサイズの変化：大量に増殖すると「遺伝子のごみ」と見なされる領域が増え、ゲノムサイズが拡大する。
  • 進化的素材：既存の反復配列やトランスポゾン由来配列が新たな遺伝子機能や調節ネットワークの元になることがある。

宿主側の対抗機構

  • DNAメチル化やヒストン修飾によるサイレンシング（転写抑制）。
  • RNA干渉（piRNA経路など）によるトランスポゾンRNAの分解・抑制。
  • 組換え・修復機構や免疫機構による挿入抑制。

利己的DNAとウイルスの違い

利己的DNAとウイルスは重なる点があるものの、自立的に粒子を作り宿主間を移動して感染を広げる能力があるかどうかで区別されることが多いです。レトロウイルスは逆転写とゲノム挿入を行うため、内在化したレトロウイルス配列（ERVs）は利己的DNAと性質を共有しますが、外部への感染性を失ったものは「ゲノム内の利己的要素」と見なされます。元の文章が指摘するように、両者の境界は必ずしも明瞭ではありません（元文参照）。

研究手法と同定

  • ゲノム配列解析による反復配列の同定（コピー数、配列類似性、末端配列など）。
  • トランスポゾン挿入サイトの同定（ターゲットサイト二重複などの特徴）。
  • トランスクリプトーム解析での発現、および逆転写活性の検出。
  • 比較ゲノミクスにより種や系統間での拡散パターンを解析。

進化的・生物学的意義

利己的DNAは短期的には宿主にとって有害になる場合もあるが、長期的には遺伝的多様性や新規調節機構の起源となることがある。また、ゲノム内での「遺伝子と遺伝子以外の要素」の対立や協調は、進化の重要な原動力の一つとして研究されています。

まとめ

利己的DNAは、ゲノム内で自己増殖する能力をもちつつ宿主の生殖成功に直接寄与しない（あるいは有害となることもある）DNA要素の総称です。トランスポゾンや内在ウイルス由来配列など、多様なタイプが存在し、ゲノム構造・機能・進化に大きな影響を与えます。同時に宿主はそれらを抑制するさまざまな機構を進化させてきました。利己的DNAとウイルスの境界や、ノンコーディング領域の「機能性」といった問題は現在も活発に議論・研究されている分野です。