可動遺伝因子
可動遺伝因子（Mobile Genetic Elements, MGEs）とは、生物のゲノム内で位置を移動したり、他の細胞や個体へと受け渡されたりする特別なDNA配列の総称です。これらの因子はほぼ全ての生命体に確認されており、特にヒトゲノムの相当な割合（約50%）を占めると推定されています。可動遺伝因子は、ゲノム上での自身の位置を変えたり、複製数を増やしたりすることで、遺伝子の配置を再編成したり、既存の遺伝子領域に挿入されて突然変異を引き起こしたりします。これにより、タンパク質の機能が変化したり、新たな機能が獲得されたりする可能性があります。
可動遺伝因子は、生物の進化において極めて重要な推進力となり得ます。例えば、細菌の間で病原性や抗生物質耐性に関わる遺伝子が可動遺伝因子を介して伝播する水平伝播は、医療上の大きな課題となっています。このようにして獲得された遺伝子は、受け取った側の生物に新たな適応能力を与え、生存競争において有利に働く（適応度を向上させる）ことがあります。一方で、有害な遺伝子の導入や重要な遺伝子への挿入によって、受け手の適応度を低下させる場合もあります。
可動遺伝因子にはいくつかの主要なタイプが存在します。
トランスポゾン (Transposons): ゲノム内の別の場所へ移動できるDNA配列全般を指します。移動のメカニズムによってさらに分類されます。
レトロトランスポゾン (Retrotransposons): RNAを中間体として増殖・転移するトランスポゾンです。ゲノム上のRNAに転写された後、逆転写酵素によってDNAに逆転写され、ゲノム上のランダムな位置に挿入されることで複製されます。哺乳類で特に豊富に見られます。
DNA型トランスポゾン (DNA transposons): DNAのままゲノム上から切り出され、別の場所に挿入される「切り貼り」型の転移を行うトランスポゾンです。
プラスミド (Plasmids): 主に細菌に存在する環状のDNAで、自身の複製起点を持つ独立したレプリコンとして機能します。細菌間で接合と呼ばれるプロセスを介して細胞間を移動することができ、病原性や抗生物質耐性などの遺伝子を運ぶ主要な担体となります。
バクテリオファージ因子 (Bacteriophage elements): 細菌に感染するウイルスであるバクテリオファージ由来のDNA配列が、ファージの感染過程（形質導入）を通じて細菌ゲノムに組み込まれ、可動遺伝因子として振る舞うものです。
グループIおよびIIイントロン: 自己スプライシング能力を持つリボザイムとして機能するRNA配列ですが、特定の条件下でDNAに逆転写されて転移する能力を持ちます。転移RNAやリボソームRNA、細菌のタンパク質コード遺伝子などに見られます。
可動遺伝因子は活発な研究対象となっています。例えば、細菌や古細菌が持つCRISPR-Casシステムは、外部から侵入した可動遺伝因子を認識・排除する免疫機構として機能しており、可動遺伝因子とCRISPR-Casシステムは進化的に相互作用してきたと考えられています。また、プラスミドを介した可動遺伝因子の水平伝播は、多くの場合は受け手にとって有益な遺伝子をもたらし、進化における新規機能獲得の重要な源となっています。可動遺伝因子の活動はゲノムに変異を誘発する可能性があり、これが体細胞における癌化につながることも示唆されています。このため、多くの生物は可動遺伝因子の活動を厳密に制御するメカニズムを進化させてきました。興味深いことに、マウスを用いた研究では、特定のレトロトランスポゾンの活動が加齢とともに増加する傾向が見られ、カロリー制限によってこの年齢依存的な活性化が抑制される可能性が示唆されています。
可動遺伝因子の存在は、1940年代にバーバラ・マクリントックがトウモロコシの研究から「動く遺伝子」として初めて提唱し、その画期的な発見により1983年にノーベル生理学・医学賞を受賞しました。ある生物のゲノム全体に含まれる可動遺伝因子の総体はモバイロームと呼ばれ、ACLAME（The CLAssification of Mobile genetic Elements）のようなデータベースでその情報が収集・分類されています。
可動遺伝因子の異常な活性化や転写は、ヒトの様々な疾患との関連が指摘されています。免疫不全、乳癌、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症などの遺伝的要因が関わる疾患において、可動遺伝因子の関与が研究されています。特に、精神的・肉体的なストレスが、ヒトゲノム内に存在する内在性レトロウイルスといった可動遺伝因子の転写活性化を促し、神経細胞の機能障害や変性につながる可能性も示唆されています。また、細菌の病原性因子（外毒素や外酵素など）の拡散に可動遺伝因子が極めて重要な役割を果たしていることから、細菌感染症に対する新しい予防法や治療法を開発する上で、病原性因子そのものだけでなく、それを伝播する可動遺伝因子を標的とすることの重要性が認識されています。
関連項目
挿入配列、モバイローム、遺伝子の水平伝播、病原性因子
進化における役割
可動遺伝因子は、生物の進化において極めて重要な推進力となり得ます。例えば、細菌の間で病原性や抗生物質耐性に関わる遺伝子が可動遺伝因子を介して伝播する水平伝播は、医療上の大きな課題となっています。このようにして獲得された遺伝子は、受け取った側の生物に新たな適応能力を与え、生存競争において有利に働く（適応度を向上させる）ことがあります。一方で、有害な遺伝子の導入や重要な遺伝子への挿入によって、受け手の適応度を低下させる場合もあります。
主な種類
可動遺伝因子にはいくつかの主要なタイプが存在します。
トランスポゾン (Transposons): ゲノム内の別の場所へ移動できるDNA配列全般を指します。移動のメカニズムによってさらに分類されます。
レトロトランスポゾン (Retrotransposons): RNAを中間体として増殖・転移するトランスポゾンです。ゲノム上のRNAに転写された後、逆転写酵素によってDNAに逆転写され、ゲノム上のランダムな位置に挿入されることで複製されます。哺乳類で特に豊富に見られます。
DNA型トランスポゾン (DNA transposons): DNAのままゲノム上から切り出され、別の場所に挿入される「切り貼り」型の転移を行うトランスポゾンです。
プラスミド (Plasmids): 主に細菌に存在する環状のDNAで、自身の複製起点を持つ独立したレプリコンとして機能します。細菌間で接合と呼ばれるプロセスを介して細胞間を移動することができ、病原性や抗生物質耐性などの遺伝子を運ぶ主要な担体となります。
バクテリオファージ因子 (Bacteriophage elements): 細菌に感染するウイルスであるバクテリオファージ由来のDNA配列が、ファージの感染過程（形質導入）を通じて細菌ゲノムに組み込まれ、可動遺伝因子として振る舞うものです。
グループIおよびIIイントロン: 自己スプライシング能力を持つリボザイムとして機能するRNA配列ですが、特定の条件下でDNAに逆転写されて転移する能力を持ちます。転移RNAやリボソームRNA、細菌のタンパク質コード遺伝子などに見られます。
研究と発見
可動遺伝因子は活発な研究対象となっています。例えば、細菌や古細菌が持つCRISPR-Casシステムは、外部から侵入した可動遺伝因子を認識・排除する免疫機構として機能しており、可動遺伝因子とCRISPR-Casシステムは進化的に相互作用してきたと考えられています。また、プラスミドを介した可動遺伝因子の水平伝播は、多くの場合は受け手にとって有益な遺伝子をもたらし、進化における新規機能獲得の重要な源となっています。可動遺伝因子の活動はゲノムに変異を誘発する可能性があり、これが体細胞における癌化につながることも示唆されています。このため、多くの生物は可動遺伝因子の活動を厳密に制御するメカニズムを進化させてきました。興味深いことに、マウスを用いた研究では、特定のレトロトランスポゾンの活動が加齢とともに増加する傾向が見られ、カロリー制限によってこの年齢依存的な活性化が抑制される可能性が示唆されています。
可動遺伝因子の存在は、1940年代にバーバラ・マクリントックがトウモロコシの研究から「動く遺伝子」として初めて提唱し、その画期的な発見により1983年にノーベル生理学・医学賞を受賞しました。ある生物のゲノム全体に含まれる可動遺伝因子の総体はモバイロームと呼ばれ、ACLAME（The CLAssification of Mobile genetic Elements）のようなデータベースでその情報が収集・分類されています。
健康と疾患との関連
可動遺伝因子の異常な活性化や転写は、ヒトの様々な疾患との関連が指摘されています。免疫不全、乳癌、多発性硬化症、筋萎縮性側索硬化症などの遺伝的要因が関わる疾患において、可動遺伝因子の関与が研究されています。特に、精神的・肉体的なストレスが、ヒトゲノム内に存在する内在性レトロウイルスといった可動遺伝因子の転写活性化を促し、神経細胞の機能障害や変性につながる可能性も示唆されています。また、細菌の病原性因子（外毒素や外酵素など）の拡散に可動遺伝因子が極めて重要な役割を果たしていることから、細菌感染症に対する新しい予防法や治療法を開発する上で、病原性因子そのものだけでなく、それを伝播する可動遺伝因子を標的とすることの重要性が認識されています。
関連項目
挿入配列、モバイローム、遺伝子の水平伝播、病原性因子
もう一度検索
【記事の利用について】
タイトルと記事文章は、記事のあるページにリンクを張っていただければ、無料で利用できます。
※画像は、利用できませんのでご注意ください。
【リンクついて】
リンクフリーです。