蛋白質核酸酵素:脊椎動物のゲノムに潜むDNA型トランスポゾン

トランス ポゾンに よる進 化,変 異導入の生物学 的意義
脊椎動物のゲノムに潜むDNA型
トランスポゾン
古賀章彦
トランスポ ゾンはゲ ノム再編 の原動力の ひとつであると考 え られている.た だ し,脊 椎動 物で
はDNA型
トランスポゾンの ゲノム 占有率 は小さ く,ま た塩基配列の崩壊も進行 しているよ うで
ある,し か し,崩 壊 をまぬが れている コピーも少数なが ら存在 してお り,DNA型
ンの特性も考慮 すると,必 要 な条件がそ ろえばDNA型
トランスポゾ
トランスポゾンが転移を再開 することは
可能性 としてあ りうるだ ろう.メ ダカで,こ のよ うな事例が最近あいついで 観察 され た,こ の
Database Center for Life Science Online Service
例では宿主遺伝子の突然変異 も誘発 している.脊 椎動物でDNA型
トランスポ ゾンが転移 を起こ
す可能性は,皆 無 に近い とい うほどではないよ うである.
脊椎 動物DNA型
トランス ポゾン
は じめ に
転移活性
突 然変異源
移 す る.そ の 頻 度 が きわ め て 高 い た め 宿 主 に 多 数 の 突 然
1980年 ご ろ,シ
ョウ ジ ョウ バ エ を 材 料 と して い た 遺
伝 学 研 究 者 の 多 くに 突 然 の 難 題 が 降 りか か っ た.種
系 統 を 組 み 合 わ せ て 交 配 を行 ない,子
々の
孫 を得て遺伝様 式
変 異 を誘 発 す る.当 時 は 自然 に棲 息 す る シ ョ ウジ ョ ウバ
エ にP因
子 が 拡 散 し た 時 期 で あ り,こ れ が 交 配 実 験 に
障 害 を もた ら した の で あ っ た.そ
を調 べ る と い う作 業 は 日常 茶 飯 に行 な う作 業 で あ る が,
るP因
そ の 交 配 が う ま くい か な い の で あ る.卵
異 の 誘 発 は 当 時 の よ う な 激 しさ で は 起 こ らな くな っ て い
を 産 まな い,あ
る い は 産 む もの の艀 化 しな い とい う事 態 が 各 地 で 続 出 し
た.す べ て の交 配 で は な い が,産
子 の 崩 壊 が 進 み,転
の 後,自 然 集 団 に お け
移 お よび それ に伴 う突然 変
る.
まない組 合せの場合 は
再 度 試 して も確 実 に 産 ま な い.筆 者 もそ の こ ろ,大 学 院
Ⅰ.脊椎動物のDNA型
トランスポゾン
生 と して シ ョウ ジ ョウバ エ を 用 い た 集 団 遺 伝 学 の 実 験 を
行 な っ て い た.実 験 で測 定 す る イ ンデ ッ ク ス は 子 にお け
る 表 現 型 の 分 離 比 で あ り,そ れ を系 統 問 で 比 較 す る,そ
の た め 交 配 を行 な う の だが,数
日後 に幼 虫 の群 れ で 柔 ら
1.ト ラン スポ ジシ ョンバー ス ト
シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ のP因
子 の ケ ー ス は 極 端 な例 で あ
か く な っ て い る はず の 固 形 飼 料 が 固 形 の ま ま 干 か ら び て
る が,な
い る の で あ る.研 究 室 員 全 員 の実 験 に 同様 の支 障 が 出 た
ン の 転 移 頻 度 が 上 が る こ と や,そ
た め,研
然 変 異 率 が 上 が る こ と は,バ
究 室 で は実 験 を 中断 して 連 日検 討 会 議 を 行 な っ
た.や が て,お
も に米 国 の 研 究 グ ル ー プ か ら,原 因 は ト
シ4),シ
ん らか の 条 件 が そ ろ う こ と に よ り トラ ン ス ポ ゾ
ロ イ ヌ ナ ズ ナ5),線
ラ ン ス ポ ゾ ンで あ る ら しい との 報 が 聞 こ え る よ う に な
生 物 で 観 察 さ れ て い る.こ
り1),ほ ど な く し てそ の トラ ンス ポ ゾ ンが ク ロ ー ニ ン グ
バ ー ス ト,あ
され た2).
い る.た
P因 子 と よ ば れ た そ の トラ ン ス ポ ゾ ン は,交
配様 式
や 温 度 な ど特 定 の 条 件 が そ ろ う と ゲ ノ ム 内 を高 頻 度 で 転
AkihikoKoga,名
DNA-based
ク テ リ ア3),ト
虫6)な ど,い
ウモ ロ コ
ろい ろなモデ ル
の 現 象 は トラ ンス ポ ジ シ ョ ン
る い は ト ラ ン ス ポ ゾ ン バ ー ス トと よ ば れ て
だ し,脊
定 す れ ば,ト
の ため宿主遺伝子 の突
椎 動 物 のDNA型
トラ ンス ポ ゾ ン に 限
ラ ン ス ポ ジ シ ョ ン バ ー ス トの 明 確 な 報 告 例
は な い.
古 屋 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 生 命 理 学 専 攻 分 子 遺 伝 学 講 座E-mail:[email protected]
transposable
elements
as potential
source of genome rearrangements
in vertebrates
蛋 白質 核 酸
酵 素Vol.49No.13(2004)
2103
2,DNA型
3.ト ランスポゾン転移の少数の実例
トラン スポ ゾン の存 在形 態
そ もそ も脊椎 動 物 で は,ゲ
ノ ム 中 にDNA型
トラ ンス
ト ラ ン ス ポ ジ シ ョ ンバ ー ス ト と よ べ る ほ ど の も の は 報
ポ ゾ ンの存 在 は 認 め られ るが,そ
の ほ とん どが 崩 壊 して
告 さ れ て い な い が,低
し ま っ て い る.LINEやSINEな
ど のRNA型
数 あ る.ま
トラ ン ス
ず,メ
ポ ゾ ンが 宿 主 遺 伝 子 に突 然 変 異 を起 こ した とす る報 告 は
れ る.名
多 い もの の7),DNA型
に 由 来 し,数
ト ラ ン ス ポ ゾ ンに つ い て の 同 様
の 報 告 が な か な か 出 て こ な い こ とか ら,1980年
DNA型
代 より
トラ ンス ポ ゾ ンの 崩 壊 は 推 測 さ れ て い た.最 近
い 頻 度 で の 転 移 の 報 告 な ら ご く少
ダ カ の ト ラ ン ス ポ ゾ ンTol2が
前 の う ち のoとlは
メ ダ カ の 学 名 Orvzias
あ げ ら
latipes
字 は み つ か っ た 順 序 を 示 して い る10,11).こ
の ト ラ ン ス ポ ゾ ン は,植
物 ・動 物 ・菌 類 に 広 く分 布 す る
hAT (hobo Activator Tam3)
フ ァ ミ リ ー に 属 す る.全
長
は 多 くの 生 物 種 で ゲ ノム プ ロ ジ ェ ク トが 進 行 し,そ れ を
裏 づ け る結 果 が 得 られ て い る8,9).
脊 椎 動 物 に み られ るDNA型
トラ ンス ポ ゾ ンの 崩 壊
は,脊 椎 動 物 の 共 通 祖 先 が た ま た まそ うで あ っ た とい う
Database Center for Life Science Online Service
偶 然 の 所 作 で あ る の か も し れ な い.ま
た,集 団 サ イ ズ が
小 さい ため に ボ トル ネ ッ ク効 果 の 影 響 を受 け や す い とい
う可 能 性 もあ る.あ
る い は,DNA型
トラ ン ス ポ ゾ ン の
転 移 機 構 は脊 椎 動 物 で は 機 能 しに くい,体 制 が 複 雑 な た
め 高 頻 度 の 転 移 へ の 負 の 自然 選 択 が か か りや す い,免 疫
機 構 の 発 達 が 水 平 伝 播 に よ る侵 入 を妨 害 して い る,な
の理 由 が あ るの か も しれ な い.理
ど
由 は不 明 で あ る が,カ
エ ル の 数 種 な ど ご く少 数 の 例 外 を 除 き,DNA型
トラ ン
ス ポ ゾ ンの 崩 壊 が 進 ん で い る こ とは 脊 椎 動 物 の特 徴 と な
図1Tol2の
構造
黒 い矢 印は エ クソ ン お よ びmRNA,青
って い る.
日本DNAデ
ー タバ ンク(DDBJ)よ
ョン番 号D84375,mRNAの
い矢 印 は反 復 配列 を 示 す.
り,Tol2の 塩基 配 列 は ア ク セ シ
塩 基 配列 はABO31079で
図2ア
取 得 可能.
ル ビノ 突然 変 異 体 の チ ロ シ
ナー ゼ遺伝 子の構 造
野生 型 の チ ロシ ナー ゼ遺 伝 子 は,全 長 約
5kbで5つ
のエ クソ ン を も ち,540ア
ミ
ノ酸 残 基か らな る チ ロ シナ ー ゼ を コー ド
する,左 下 のTyr-i+は
野生 型 の メ ダ カ
成 魚 で ある.そ の ほか,Tyr-i1,Tyr-i4,
は突然変異体
Tyr-ib
で,こ こ で 示 す 位
置 に トラ ン ス ポ ゾ ン の 挿 入 を も って い
る.顕 微 鏡 を 使 った 目視 での メラ ニ ン 量
はTyr-i+＞Tyr-ib＞Tyr-i4＞Tyr-i1と
な る.対 立 遺伝 子 間 の 優劣 関 係 は こ れ に
一致する.
2104
蛋 白質
核酸
酵 素Vol.49No.13(2004)
4.7kbで,内
部 に ト ラ ン ス ポ ゼ ー ス(transposase)の
伝 子 を コ ー ド し て い る(図1).ト
遺
ラ ンス ポ ゼ ー ス は 転 移
触 媒 酵 素 あ る い は 転 移 酵 素 と 訳 さ れ,ト
ラ ン ス ポ ゾ ンの
の状 態 で の転 移 が 報 告 され て い る の は こ の2例 だ け の よ
うで あ る.
4.ト ランスポゾン転移 を示唆するもうひとつの例
末 端 や そ の 近 く を 認 識 し て 結 合 し転 移 反 応 を 触 媒 す る 酵
素 で あ る.
To12
自 身 の トラ ンス ポ ゼ ー ス が 共 存 す る と
To12
の 転 移 は起 こ るが,こ
れが ない場 合 に は転 移 は起
こ ら な い12).
メ ダ カ の To12
ラ ンスポ ゾ ン
Tdr2
で,
と ほ ぼ 同 時 に,ゼ
Tzf の 転
ブ ラフ ィ ッシュの ト
移 が 報 告 さ れ た13).こ
れ は 先 に
メ ダ カ の Tol1l は,
To12
よ り先 に み つ か っ た ト ラ ン ス
ポ ゾ ン で あ る(図2)が,つ
い 最 近 まで そ の 転 移 は 検 出 さ
れ な か っ た141.た
近 転 移 が 起 こ っ た こ と を示 す
だ し,最
間接 的 な 証 拠 は あ っ た.ひ
で あ る. Tol1
とつ は Tol1 周 囲 の 塩 基 配 列
の 挿 入 を もつ チ ロ シ ナ ー ゼ 遺 伝 子 の ク ロ
と名 づ け ら れ て い た ト ラ ン ス ポ ゾ ン と 同 じ も の
Tc1 /mariner
フ ァ ミ リ ー に 属 す る.こ
の フ ァ ミ リー
の トラ ン ス ポ ゾ ン も広 い 範 囲 の 生 物 種 に 分 布 す る.7げ
は,通 常 の 電 気 泳 動 で はバ ン ドが つ なが っ て し ま う く ら
Database Center for Life Science Online Service
い に コ ピ ー 数 が 多 い.2次
元 電 気 泳 動 法 を 用 い て 個 々の
バ ン ドを識 別 す る こ とで,転 移 が 検 出 さ れ た.
脊椎 動 物 の ゲ ノム に 存 在 す る トラ ン ス ポ ゾ ンで,自
然
図4Tol1の
構 造 と近縁 種 間 での分 布
白い 矢 印は 反 復配 列 を 示 す.ハ イ ナ ン メ ダ カ は中 国 南 部,ジ ャワ
メ ダ カ は ジ ャワ島 や マ レー 半 島,ル
ソ ン メ ダ カ は フ ィ リピ ンに 棲
息 す る,メ ダ カの 近 縁種 で あ る.わ か りや す い よ うメ ダ カ は,こ
こで はニ ホ ン メダ カと 記 す.こ の4種 の ゲ ノ ムDNAを
ィル タ ー を3枚 ず つ つ く り 、Tol1を3つ
図3Tol1の
Tyr-i6
挿入 がアル ビノの唯一 の原 因 であ る ことの証 明
はTyr-i1と
同様 に メ ラ ニ ン を 完 全 に 欠 く 突 然 変 異 で あ る
用 い てハ イ ブ リダ イ ゼ ー シ ョン を 行 な った,ゲ
す る 制 限 酵 素 に はHindⅢ
使 った フ
に 分 割 した プ ロ ー ブ を
を 用 い た が,Tol1の
ノムDNAを
切断
個 々 の コ ピー が
が,原 因 は チ ロ シナ ー ゼ 遺 伝子 エ ク ソ ン3の 近 辺 の 欠 失 で あ る,
そ の認 識 サ イ トを も つか ど うか は不 明 で あ る,そ の た め,バ ン ド
この た め 復 帰 突然 変 異 を起 こす可 能 性 はな い.
1本 が1コ ピー 数 に 対応 す る と は 限 らな い.
蛋 白 質 核 酸 酵 素VoL49No.13(2004)
2105
一 ン か らPCRな
ど を 利 用 し てtol1を
正 確 に 取 り去
り,そ れ を ア ル ビノ の メ ダ カ に 導 入 した とこ ろ メ ラニ ン
の 合 成 が 回 復 した(図3).こ
れ は,tol1の
って か ら現 在 まで の あ い だ に,チ
う ひ とつ はtol1の
る.Oryzias属
に は15種
脊 椎 動 物 で トラ ン ス ポ ジ シ ョ ンバ ー ス トが 起 こ り う る
ほ どが 知 られ て お り,日 本 か ら
か ど うか を 検 討 す る に は,転 移 す る こ と が確 認 ま た は 示
れ らの うち比 較 的
メ ダ カ に 近 い 数 種 を 用 い て サ ザ ン プ ロ ッ トに よ りtol1
の 有 無 を 調 べ た.こ
の と き,情 報 量 が 増 え る よ うtol1
の 全 長1.9kbを3つ
の 部 分 に 分 割 して そ れ ぞ れ を プ ロ
Database Center for Life Science Online Service
もtol1は
1,自 然状態でのtol2の 転移頻度
構造 の近 縁種 間での比較 で あ
イ ン ドに か け て 分 布 し て い る.こ
ー ブ と した(図4) .得
転 移頻 度
ロ シ ナ ー ゼ遺 伝 子 が偽
遺 伝 子 化 す る だ け の 時 間 が 経 過 して い な い こ とを意 味 す
る.も
Ⅱ.tol1の
挿入 が 起 こ
られ た 結 果 か ら,ジ ャ ワ メ ダ カ に
存 在 す る も の の 中 央 の 部 分 が 脱 落 して い る こ
唆 さ れ て い る トラ ン ス ポ ゾ ン を対 象 にす る の が 望 ま し
い.そ
こ で,tol1に
関 す る調 査 か ら始 め る こ と に した.
転 移 頻 度 の 変 化 をみ る た め に は,自 然 状 態 で の 転 移 頻
度 を 知 っ て お く必 要 が あ る.tol1の
頻 度 を,ゲ
ノムDNAの
生殖系 列 で の転移
サ ザ ンプ ロ ッ トを行 な う こ と で
推 定 す る こ と に した(図5),純
系 の材 料 を 使 え ば,新 規
とが わ か っ た.反 復 配 列 で あ る トラ ンス ポ ゾ ンの個 々 の
の 挿 入 だ け で な く新 規 の エ ク シ シ ョ ン(excision)の 頻 度
配 列 を コ ピー とい うが,コ
も測 定 す る こ とが で きる.エ
ピ ー を 増 や した あ とにす べ て
ク シ シ ョ ン と は トラ ンス ポ
の コ ピー で 中 央 部 が 脱 落 した と考 え る よ り,中 央 部 が脱
ゾ ンが い ま あ る 場 所 か ら脱 落 す る こ とで あ るが,こ
落 して い る コ ピー が あ っ て そ れ が 増 幅 した と考 え る ほ う
RNA型
が 自然 で あ ろ う.そ の 場 合,ジ
ス ポ ゾ ンの 特 徴 で あ る.こ れ まで に得 られ て い る挿 入 頻
こっ た あ とでtol1が
ャ ワ メ ダ カの 種 分 化 が 起
増 幅 し た こ と に な る.
度 は,シ
トラ ンス ポ ゾ ン に は み られ な いDNA型
ョ ウ ジ ョ ウ バ エ のP因
図5生
れは
トラ ン
子 な ど 以 前 か ら よ く知
殖 系 列 で の トラ ン ス ポ ゾ ン
転 移の 検出
近 親 交 配 を く り返 して 純 系 とな って い る
個 体 の 雌雄 を 交配 し,親 と子 を並 べ て サ
ザ ンプ ロ ッ トを行 な う,ゲ ノムDNAを
トラン ス ポゾ ンの 内部 に 認識 サ イ トを も
たな い制 限 酵 素 で切 断 す る と,ト ラ ン ス
ポ ゾンの 外 側 にあ るサ イ トで 切 断 さ れ た
DNA断
片 が でき る,ト ラ ン ス ポ ゾ ン の
端 か らそ の サ イ トまでの 長 さ は コ ピ ー こ
とに異 な る ため,個 々の コ ピー が バ ン ド
と して区 別 され る,親 に はな く子 に あ る
バ ン ドが み つか った場 合 は,子 に 起 こ っ
た 挿入 で あ る と考 え る こ とが で き る.な
お,転 移 以 外の 突 然変 異 で 新 規 バ ン ドが
現 われ る 可 能性 も あ るの で,必 要 に応 じ
て 新規 バ ン ドを ク ロー ニ ング して構 造 を
調 べ,転 移 で ある こ とを 確 認 す る.な お,
子 で トラ ン スポ ゾ ンが 脱 落 した場 合 はバ
ン ドが 消 失 する.た だ し,ホ モ接 合 が ヘ
ミ接 合 と な る変 化 であ る た め,実 際 に は
バ ン ドが薄 くな る こ とで 判 定 す る.
2106
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.49No.13(2004)
られ て い る トラ ンス ポ ゾ ン と比 較 す る と きわ め て 低 い.
1配 偶 子 あ た り1世 代 あ た り0.006コ
値 で あ る(Koga:未
発表).し
ピーの挿入 とい う
か し,こ れ は 過 剰推 定 で あ
っ て現 実 の 値 は もっ と小 さ い で あ ろ う と筆 者 は推 測 して
い る.サ ザ ン プ ロ ッ トで新 規 バ ン ドが や っ と1本 み つ か
っ たの が168個
の 配 偶 子 に 相 当 す る分 を 調 べ 終 わ った と
こ ろで あ っ て,次 の1本
る と気 が 進 まず,測
で あ る.な お,エ
をみつ ける ための労力を思いや
定 を な か な か 再 開 で きず に い る か ら
ク シ シ ョ ン は い まの と ころ みつ か っ て
お らず,そ の 頻 度 は 挿 入 と 同 程 度 か そ れ 以 下 く らい に低
い もの と予 想 され る.
2.Tol2の
転移頻 度の 上昇
Database Center for Life Science Online Service
な ん らか の条 件 が 変 わ る こ と に よ っ てTol2の
度 が 上 が る こ とが あ るか ど うか を,こ
転 移頻
れ まで に,薬 剤,
放射 線,系 統 問 の 交 配 に つ い て 調 べ て い る.そ
して,転
移 頻 度 が 上 昇 す る場 合 が あ る こ と を 示 す 予 備 的 な結 果 が
図6X線
照 射 で 誘 発 さ れ たTol2の
転移
精 原 細胞 の 時 期 に5GyのX線
を 照 射 し,図4に
示 した 方 法 で 転
移の 検 出 を 行 な った,得 られ た 写 真 の 一 部 を 拡 大 して あ る.青 い
三 角 形 は 子 に 挿 入 した コ ピー,白 い三 角 形 は子 で 脱 落 した コ ピー
であ る,
得 られ て い る.
DNAの
メチ ル 化 の程 度 が トラ ンス ポ ゾ ンの転 移 頻 度
に影 響 を与 え る と い う報 告 は 多 い5,15,16).そこ で,薬 剤
と して まず メ チ ル 化 阻 害 剤 に 注 目 した.メ
精 直 後 か ら艀 化 が 近 づ くま で の8日
ダ カの 胚 を受
間,5-ア ザ シ チ ジ ン
に浸 し,そ れ を育 て て 成 魚 を得 た.そ
の成 魚 を,処 理 を
い う 値 で あ っ た.挿
200倍
入 は 自然 の状 態 での 過剰 推 定 値 の
近 い 値 で あ る(Koga,Ishikawa;未
発 表).
特 定 の 交 配 で 転 移 頻 度 が 上 昇 す る シ ョウ ジ ョウ バ エ の
例 を 冒 頭 に と り あ げ た が,こ
い る.そ
れ に似 た 現 象 も観 察 され て
の よ う な 可 能 性 が あ るか ど うか を予 備 的 に 調 べ
施 して い な い 成 魚 と交 配 し て次 世 代 の 個 体 を得 た,こ れ
る た め,い
らの 個 体 を 図5で 示 した サ ザ ン プ ロ ッ トで 調べ た と こ
行 な っ た.こ
ろ,新 規 の バ ン ドが 検 出 さ れ た.現
個 体 で の バ ン ドパ タ ー ン を 調 べ た と こ ろ,あ
を調 べ て3本
荘 ま で に,48個
体
の新 規 バ ン ドが み つ か っ て お り,転 移 頻 度
の 推 定 値 は0.06コ
ピー/配 偶 子/世 代 と な る.さ
きに記
した,自 然 の 状 態 で の 転 移 頻 度 の 過 剰 推 定 値 の10倍 で
くつ か の 系 統 の あ い だ で 雌 雄 各1匹
れ ま で と 同 様 に サ ザ ン プ ロ ッ トで 次 世 代 の
組 合 せ で 挿 入 頻 度 が1.0コ
得 ら れ た.雌
の交 配 を
る1種
類 の
ピ ー/配 偶 子/世 代 と い う 値 が
雄 を逆 に した 交 配 で は転 移 は起 こ っ て い な
い(Koga,Shimada,Shinla;未
発 表).
あ る.ま だ サ ンプ ル 数 が 少 な い た め に 統 計 的 に有 意 とい
うわ け で は な い が,こ
の ま ま続 け れ ば5-ア ザ シ チ ジ ン
Ⅲ,Tol1の
転移再開
の 影 響 で転 移 頻 度 が 上 が る と い う結 論 が 出せ そ うな 見 込
み で あ る(Koga,Kamiya;未
発 表).
放 射 線 の 影響 を調 べ る実 験 で は よ り大 き な効 果 が 観 察
され て い る.雄 の 成 魚 に あ る 精 原 細 胞 にX線
を照 射 し,
1,Tol1の
転 移検 出 の試 み
Tol1の 転 移 検 出 に つ い て は,発
見 以 来,折
にふ れ て
そ の 雄 を照 射 して い な い 雌 と交 配 し て次 世 代 の 個 体 を得
行 な っ て い た が,新
た.別 の 目的 もあ っ た た め,さ
こ と ご と く失 敗 に 終 わ っ て い た.現 象 と して の転 移 だ け
らに も う1世 代 の 交 配 を
行 な っ た の ち サ ザ ン プ ロ ッ トで 転 移 を 調 べ た.そ
果,挿 入 を 示 す 新 規 バ ン ドの 出 現 や,エ
の結
で は な く,塩 基 配 列 を 調べ て 内 部 遺 伝 子 を探 す とい う作
ク シ シ ョ ン を示
業 も多 数 の コ ピー につ い て 行 な っ た が,遺 伝 子 の破 片 さ
す 既 存 バ ン ドの 消 失 が 多 数 観 察 さ れ た(図6).結
計 して 推 定 した 転 移 頻 度 は,挿
子/世 代,エ
入 で は1.1コ
ク シ シ ョ ンで は0.9コ
規 転 移 の検 出 の た め の 種 々 の 試 み は
果 を集
ピー/配 偶
ピ ー/配 偶 子/世 代 と
え 出 て こ な か っ た(図7).し
か し,前 述 の よ う に転 移 す る
こ とを示 す 間接 的 な 証拠 は あ る.転 移 を起 こ させ るた め の
方 策 は 尽 きて は い な い はず と希 望 だ け は もっ て い た.
蛋白質
核 酸 酵 素Vol.49No,13(2004)
2107
造 を 調 べ,Tol1の
チ ロ シナー
ゼ 遺 伝 子 へ の 挿 入 を 明 らか に し
た.ア
ル ビ ノ で あ る た め 目が 赤
い そ の 系 統 は,ほ
か に も各 地 に
送 ら れ て 維 持 さ れ て い た.最
近,濱
口 哲 と 教 野-濱 口 順 子
(新潟 大 学)は,こ
の 系 統 を飼 育
して い る最 中 に 片 方 の 目が 黒 っ
図7Tol1の
塩 基 配列 の解析 例
ぽ くな る個 体 を発 見 した.完 全
チ ロ シナ ー ゼ遺 伝 子 に 挿 入 して い た π)Tol1の
コ ピー は全 長1,855bpで,Tol1-tyrと
れた,こ のTol1-tyrを
名づ けら
プ ロー プ と して ほ かの コ ピー を 多 数 ク ロー ニ ング し,塩基 配 列 を調 べ た,
な黒 で は な く赤 と黒 の あ い だ の
得 られ た 配 列 か ら オー プ ン リー デ ィン グ フ レー ム を 探 した が,ど の コ ピー か らも み つ か っ て い
色 合 い と な り,そ の 程 度 は 個体
な い.Tol1-tyrの
ご とに 異 な る.こ
配 列中 で の 終止 コ ドン(青 い縦 線)の 分 布 を例 と して 示 す,全 域 に わ た っ て終
の表現 型はペ
止 コ ドン が現 わ れ て い る.
ネ トラ ン ス,す
な わ ち 同 じ遺伝
子 型 に お い て 出 現 す る個 体 の割
Database Center for Life Science Online Service
合 が50%前
る.体
後 と 高 く は な い が,優
性 形 質 と して 遺 伝 す
細 胞 の 一 部 で チ ロ シ ナ ー ゼ 遺 伝 子 か らTol1が
落 し,チ
ロ シ ナ ー ゼ 遺 伝 子 の機 能 が 回 復 した もの で あ る
と の 推 測 が 状 況 か ら 妥 当 で あ ろ う.そ
1の
脱
こ で さ っ そ くTol
エ ク シ シ ョ ン が 起 こ っ て い る か ど う か をPCRで
べ た と こ ろ,予
8).エ
調
想 ど お り エ ク シ ジ ョ ン が 検 出 さ れ た(図
ク シ ジ ョ ンが 起 こ っ た 部 位 で の 塩 基 配 列 は,7011
の 端 の 数 塩 基 対 が 残 っ て い た り,本
来 の チ ロ シナ ー ゼ 遺
伝 子 が 数 塩 基 対 だ け 欠 損 し た り し て い た.こ
DNA型
の よ う に,
トラ ン ス ポ ゾ ン の 特 徴 で あ る フ ッ トプ リ ン トが
観 察 さ れ た の で あ る(Tsutsumi et al.;投
稿 準 備 中).
Ⅳ.脊 椎動物での トランスポゾン転移の可能性
1,メ ダカでの トランスポゾン転移再開の原因
図8PCRに
よ るTol1エ
ク シジ ョンの検 出
そ れ ぞ れの ゲ ノムDNAを
鋳 型 と し,Tol1挿
入 点 を挟 む プ ラ イ
マ ー を 用 い てPCRを
行 な った.予 想 さ れ る産 物 の 長 さ は,野 生
型 で0.3kb,ア
ル ビ ノで は そ れ よ りTol1の
分 だ け 長 い2.2kbで
微 動 だ に しな か っ たTol1が
る が,そ
突 然 に 動 きだ した の で あ
れ は 新 潟 に移 さ れ た ア ル ビ ノ系 統 だ け で の 出 来
あ る.片 目 が 黒 い アル ビ ノで は そ の 両 方 が で き て お り,Tol1が
事 で あ る.名 古屋 で そ の ま ま維 持 して い る 系 統 で は 目の
脱落 してい る こ と がわ か る,
黒 い 個 体 は観 察 さ れ て い な い し,PCRで
感 度 を上 げ る
工 夫 を して もエ ク シ ジ ョ ンは検 出 で き な い.
この 違 い の 原 因 と して もっ と も考 え や す い の は,ト
2.Tol1の
そ の7b11が
突然 の転 移再 開
つ い 最 近,突 然 転 移 しは じめ た,Tol1が
ン ス ポ ゼ ー ス を つ くる 能 力 を も っ たTol1の
な わ ち 自律 的(autonomous)なTol1コ
ラ
コ ピ ー,す
ピーが新潟 で生 じ
チ ロ シ ナ ー ゼ 遺 伝 子 に 挿 入 され た ア ル ビ ノ突 然 変 異 体
た とす る もの で あ る.た だ し,新 潟 と名 古 屋 に 分 か れ る
は,も
前 の ア ル ビ ノ系 統 が,少
と も と富 田 秀 夫(名 古屋 大 学)が 発 見 し,系 統 と し
な い ス テ ッ プ で 自律 的 な コ ピー
て確 立 して 保 管 して い た もの で あ る.筆 者 と堀 寛(名 古
に 変 わ りう る非 自律 的 な コ ピ ー を も っ て い た との 仮 定 は
屋 大 学)は,富
必 要 で あ ろ う.こ の よ う な非 自律 的 コ ピー は,潜 在 的 な
2108
田 か らそ の 突 然 変 異 体 の 分 譲 を 受 け て 構
蛋 白質 核 酸 酵素VoL49No.13(2004)
自律 的 コ ピ ー とよぶ ほ うが 適 切 で あ る か も しれ な い.そ
ー ス の 認 識 部 位 とな る末 端 部 の 塩 基 配 列 のみ を もっ て い
して,原 因 と な っ た新 潟 で の 変 化 は,こ
れ ば よ い.も
の 潜 在 的 な 自律
的 コ ピー の 内 部 に起 こ っ た の か も しれ な い し,周 囲の 塩
認 識 部 位 ま で 崩 壊 した な ら,そ の 崩壊 を まぬ が れ て い る
基 配列 な ど に生 じた の か も しれ な い.あ
少 数 の コ ピ ー に と っ て,そ
る い は,ト
ラン
れ ら は トラ ンス ポ ゼ ー ス を め
ス ポ ゾ ン 自身 で は な くほ か の 遺 伝 子 の 突 然 変異 か も しれ
ぐ る競 合 相 手 で は な くな る.つ
な い.新 潟 の個 体 か ら 自律 的 コ ピー を 同 定 し,そ の 内 部
さえ供 給 さ れ れ ば 少 数 の コ ピー が 効 率 的 に 転 移 す る.実
や 周 囲 の塩 基 配 列,さ
際
らに は メ チ ル 化 の 状 況 な ど を名 古
ま り,ト ラ ン スポ ゼ ー ス
メ ダ カの チ ロ シナ ー ゼ 遺 伝 子 に挿 入 さ れ て い る7011
屋 の もの と比 較 す る こ とで,転 移 再 開 に 至 っ た原 因 が 究
は非 自律 的 コ ピ ー で あ り,ほ か の 非 自律 的 コ ピー よ り転
明 で き る こ とが 期 待 され る.現 在,筆
移 頻 度 が 高 い よ うで あ る.こ の よ う に,ト ラ ンス ポ ゼ ー
者 は 自律 的 コ ピー
同 定 の作 業 を進 め て い る.
Tol2で
ス が 供 給 され る こ とが 前 提 で あ る が,全 般 の崩 壊 の程 度
も トラ ンス ポ ジ シ ョ ンバ ー ス トと よ ん で よ い
く らい の 転 移 頻 度 の 上 昇 が 実 験 で 検 出 さ れ た.こ
のう
ち,メ チ ル化 阻害 剤 と放 射 線 の 実 験 に は 人為 的 な 要 因 が
か らん で い るが,交
Database Center for Life Science Online Service
しほ とん どの コ ピ ー で トラ ン ス ポゼ ー ス の
た だ け で あ る.そ
配実 験 で は2つ の 系 統 を た だ 交 配 し
して,雌 雄 を逆 に した 交 配 で は 高 頻 度
が 高 け れ ば 高 い ほ ど単 純 に転 移 も起 こ りに く くな る とは
い い が た い.
さて,前 提 と な っ て い る トラ ン ス ポ ゼ ー ス の 供 給 で あ
る が,脊 椎 動 物 で そ の 可 能 性 が ど の く らい あ る とみ る の
が 適 当 で あ ろ うか.こ
れ に 関 し て,メ
ダ カ の7012と
同
の転 移 は 起 こ って い な い.こ の よ う に シ ョウ ジ ョウバ エ
じhATフ
のP因
存 在 し,完 全 長 の 内 部 遺 伝 子 を もつ コ ピ ー もみつ か っ て
子 の 場 合 と似 た 状 況 が 出現 し て い る.交 配 で 生
ァ ミ リー に 属 す る トラ ン ス ポ ゾ ンが ヒ トに も
じる特 定 の ゲ ノム の状 態 が 転 移 を抑 制 す る 機 構 を乱 した
い る こ とは 興 味 深 い17).い ま の と こ ろ,こ の 遺 伝 子 が コ
の で あ ろ う と考 え られ る.
ー ドす る 蛋 白 質 が 転 移 を触 媒 す る とい う結 果 は得 られ て
い な い.し か し,少 数 の 突 然 変 異 あ る い は環 境 の 変 化 が
2,脊 椎動物でのDNA型
この よ う に,DNA型
トランスポゾン転移の可能性
トラ ンス ポ ゾ ンの 高 頻 度 で の転
移 が メ ダ カで 検 出 され た.こ れ は,メ
た め で あ ろ うか,あ
ダ カ の特 殊 事 情 の
るい は脊 椎 動 物 全 般 に も可 能 性 の あ
る こ とな の で あ ろ うか.い
ま の と こ ろ,メ
ダ カだ けが 特
別 な 状 況 に あ る とす る情 報 はみ あ た ら な い.
脊椎 動 物 でDNA型
転 移 活 性 を もた らす こ と は,可 能 性 と して は あ る よ うに
思 わ れ る.
RNA型
トラ ン ス ポ ゾ ン と は 異 な るDNA型
トラ ン ス
ポ ゾ ンの 特 徴 で,進 化 に 関 して注 目す べ き もの が ほ か に
2つ あ る.ひ
とつ は,先
に もふ れ た が,一
度挿入 を起 こ
した コ ピー が の ち に 脱 落 す る可 能 性 を もつ こ とで あ る.
トラ ンス ポ ゾ ン の 崩 壊 が 進 ん で い
そ して,脱 落 し た跡 に は フ ッ トプ リ ン トを残 す こ とが 多
る とは い っ て も,反 復 配列 と して 存 在 して い る こ と は確
い.つ
か で あ る.ま ず この こ と 自体,過 去 に ゲ ノ ム 中 で増 幅 が
トラ ンス ポ ゾ ンの 本 体 は 消 失 して し ま うの で あ る。 も う
起 こ っ た こ と を意 味 す る。 そ し て,た
ひ とつ は,あ る種 か ら別 の種 へ の 移 動,す
と え ば ヒ トとマ ウ
ス の ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トの 結 果 を比 較 す る 場 合,ヒ
特 有 のDNA型
トに
トラ ンス ポ ゾ ン と マ ウ ス に 特 有 のDNA
ま り,挿 入 地 点 に変 異 を生 じ させ て お きなが ら,
播 が 生 き残 りの重 要 な 手 段 とな っ て い る ら しい こ と で あ
る.こ の2つ が 組 み 合 わ さ る と,あ る 一 定 の 期 間 だ け動
型 トラ ンス ポ ゾ ンが そ れ ぞ れ み つ か っ て い る.そ れ ぞ れ
き回 っ て ゲ ノ ム に イ ンパ ク トを 与 え,そ
は ヒ トとマ ウ ス の系 統 が 分 か れ た あ と に増 幅 した も ので
か に は そ の 正 体 は残 さ な い,と
あ ろ う.そ の う ちmariner様
あ ろ う.そ して そ の よ う な 場 合 は,ゲ
因 子 な ど い くつ か のDNA
型 トラ ンス ポ ゾ ン につ い て は,塩
基 置 換,の蓄積 程 度 の 小
な わ ち水 平 伝
して ゲ ノム の な
い う状 況 も可 能 とな るで
ノ ム プ ロ ジェ ク ト
の 結 果 を分 析 す る と き に は 見 過 ご され て し ま う.ヒ
トの
さ さ か ら も,最 近 に な り増 幅 し た との 考 え が 支持 され て
ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク トか ら は,DNA型
い る8,9).
こ こ数 千 万 年 の あ い だ に転 移 した形 跡 は な い と解 釈 され
DNA型
トラ ンス ポ ゾ ンの 特 徴 の ひ とつ に,自 律 的 コ
て い る.し か し,上 記 のDNA型
トラ ン ス ポ ゾ ンが
トラ ンス ポ ゾ ンの 特 性
ピー が 同 じゲ ノム 中 に 存 在 す れ ば 非 自律 的 コ ピー も転 移
を 考 慮 す る と,形 跡 が な い か ら動 い て い な い と は,筆 者
す る とい う性 質 が あ る.多
に とっ て は断 定 しに くい.
で は,非
くのDNA型
トラ ンス ポ ゾ ン
自律 的 コ ピー が 転 移 す る た め に は トラ ン ス ポゼ
蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.49No.13(2004)
2109
お わ りに
Sleeping
Beauty
18•`20)
や Frog
Prince21) な ど再 構 築 した ト
ラ ンス ポ ゾ ンは,脊 椎 動 物 の ゲ ノ ム 中で 高頻 度 で 転 移 す
る.ま
た,
mariner
22), Tc323),
Minos24)
7)
8)
9)
な ど脊椎 動 物 以
外 の 宿 主 に存 在 す る トラ ンス ポ ゾ ン も,脊 椎 動 物 の ゲ ノ
ム に 導 入 す る と転 移 す る.し た が って,も
し再 構 築 と同
等 の 突 然 変 異 が 組 換 え な ど で 自然 に 生 じた場 合,あ
るい
10)
11)
12)
13)
は 自律 的 コ ピー を 含 む トラ ンス ポ ゾ ンが ほ か の種 か ら移
っ て きた 場 合,脊 椎 動 物 で も転 移 は起 こ りう る と考 え る
こ とに 無理 は な い.よ
り大 き な 問題 は,前 提 と して い る
事 態 が どの 程 度 の 可 能 性 で 起 こ る か で あ る.こ こ で,メ
ダ カのTol1の
例 は 前 者,Tol2の
Database Center for Life Science Online Service
15)
16)
例 は 後 者 が 実 現 した も
の と考 え る こ と が で き る.後 者 に つ い て の 補 足 と な る
が,Tol2は
14)
メ ダ カ の 種 分 化 後,お
17)
18)
そ ら く ご く最 近 に な
って メ ダ カ の ゲ ノ ム に 侵 入 し,種 内 で拡 散 した トラ ン ス
19)
ポ ゾ ン であ る こ と を塩 基 配 列 の 変 異 に関 す る デ ー タ は示
20)
して い る25).脊 椎 動 物 でDNA型
を起 こす 可 能 性 は,皆
トラ ン ス ポ ゾ ンが 転 移
無 に近 い とい うほ どで は な い よ う
21)
に思 わ れ る.
22)
1)
2)
3)
Bregliano, J. C. et al. : Science, 207, 606-611 (1980)
O'Hare, K., Rubin, G. M.: Cell, 34,25-35 (1983)
Pfeifer, F., Blaseio, U.: Nucleic Acids Res., 18, 6921-6925
4)
(1990)
Shepherd,
5)
6)
N. S., Rhoades,
M. M.. Dempsey,
23)
24)
25)
『蛋 白 質 核 酸 酵 素 』 の 最 新 号 目次 ・次 号 予 告,研
社URLつ
き),共
Lam, W. L., Lee, T. S., Gilbert, W.: Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 93,10870-10875 (1996)
Koga, A., Inagaki, H., Bessho, Y., Hori, H. : Mol. Gen.
Genet., 249, 400-405 (1995)
Ros, F., Kunze, R. : Genetics, 157, 1723-1733 (2001)
Yusa, K., Takeda, J., Horie, K.: Mol. Cell. Biol., 24, 40044018(2004)
Esposito, T. et al. : Hum. Mol. Genet., 8, 61-67 (1999)
Ivics, Z., Hackett, P. B., Plasterk, R. H., Izsvak, Z.: Cell. 91,
501-510(1997)
Dupuy, A. J. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 44954499(2002)
Horie, K., Kuroiwa. A., Ikawa, M., Okabe, M., Kondoh, G.,
Matsuda, Y., Takeda, J. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98,
9191-9196(2001)
Miskey, C., Izsvak, Z., Plasterk, R. H., Ivies, Z. : Nucleic
Acids Res., 31, 6873-6881 (2003)
Fadool, J. M., Hartl, D. L., Dowling, J. E.: Proc. Natl. Acad.
Sci. USA, 95, 5182-5186 (1998)
Raz, E. et al. : Curr. Biol., 8, 82-88 (1998)
Zagoraiou, L. et al. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98,1147411478(2001)
Koga, A. et al. : Genetics, 155, 273-281(2000)
古賀 章 彦
E. : Dev.
略 歴:1988年
Genet., 10, 507-519 (1989)
Miura, A., Yonebayashi, S., Watanabe, K., Toyama, T.,
Shimada, H., Kakutani. T. : Nature, 411, 212-214 (2001)
Babity, J. M., Starr, T. V., Rose, A. M.: Mol. Gen. Genet.,
222.65-70(1990)
告 一 覧(各
Wallace, M. R. et al. : Nature, 353, 864-866 (1991)
International Human Genome Sequencing Consortium
Nature, 409, 860-921(2001)
Mouse Genome Sequencing Consortium : Nature, 420, 520562(2002)
Koga, A. et al. : Nature, 383, 30 (1996)
Koga, A., Hori, H.: Genes Genet. Syst., 76, 1-8 (2001)
Koga, A., Hori, H.: Genetics, 156,1243-1247 (2000)
名 古 屋 大 学 理 学 部 助 手 を 経 て,1996年
よ り名古 屋大 学大 学
院 理 学 研 究 科 助 教 授.研
ラ ン ス ポ ゾ ンの 転 移
究 職 等 の公 募 ・シ ンポ ジ ウ ム,最 新 号 に記 載 さ れ る 広
立 出版 発 行 の 単 行 本 の 新 刊 ・近 刊 の 情 報 等 をPNEメ
ー ル 配 信 で,い
ち早
逃 せ な い 役 立 つ 情 報 が い っ ぱ い で す.配
信を
http://www.kyoritsu-pub.co.
※ ご 不 明 な こ と な ど が ご ざ い ま した ら,編
核 酸 酵 素 』 編 集 部112-8700東
蛋 白質 核 酸 酵 素VoL49No.13(2004)
jp/
集 部 へ お 気 軽 に お 問 合 せ く だ さ い.
京 都 文 京 区 小 日 向46・19共
Te1.03-3947-2515Fax.03-3944-8182E-mail:[email protected]
2110
究 テ ー マ:ト
機 構 、 トラ ン ス ポ ゾ ン の 分 子 進 化,
くお 知 らせ し ま す.毎 月20日 前 後 を予 定 して お り ます.見
ご希 望 され る 方 は,下 記 よ りお 申 し込 み くだ さ い.
『蛋 白 質
九 州 大 学 大 学 院 理 学 研 究 科 博 士 課 程 修 了,ワ
シ ン トン大 学 医 学 部 博 士 研 究 員,広 島 大 学総 合 科 学 部 助 手,
立 出版 株 式会 社