新ラマルクス主義とエピジェネティクス
新ラマルク主義は 19 世紀末に現れた運動で、新しい遺伝的発見と細胞メカニズムに基づいてラマルクの理論を最新のものにしました。
研究者（ロンドンの小児保健研究所の臨床遺伝学教授マーカス・ペンブリー氏、スウェーデンのバイグレン研究者ラース・オロフ氏と共同）は、スウェーデン住民の家系図分析と研究を通じて、彼らの生活が祖父母のライフスタイルに影響されていることを示した。 。したがって、危機的な時期に飢餓を経験した祖父母は、心血管疾患や糖尿病を発症するリスクを高めることにより、孫の平均余命に影響を与える可能性があります。
獲得した特徴を伝達するにはいくつかの方法があります。母親から子供への彼女自身の抗体の伝達を通じて、または体細胞のゲノム突然変異を通じて、特にエピジェネティックなメカニズムを通じて。私たちはこのレベルに焦点を当てて意見を述べます。
ラマルクは、「脊椎のない動物の自然史」でエピジェネティクスの最初の概要を提供しています。 1815年、彼は「動物の能力は有機的かつ物理的な現象である」と書いた。エピジェネティクスは遺伝の新しい側面です。遺伝的伝達は、アミノ酸配列には影響を与えずに遺伝子が改変されることによって起こります。これらの変更は安定しており、可逆的です。
エピジェネティクスは主に 3 つのプロセスに基づいています。
- DNAメチル化:
特定の DNA 塩基はメチル化される可能性があります (シトシンの前にグアニンが続きます)。これらのメチル化により、プロモーターへの RNAポリメラーゼの組み込みが不活性化または活性化され、転写が防止されます。
- クロマチン修飾:
クロマチンは 2 本の DNA 鎖を囲み、ヒストンで構成され、DNA を巻き付けて保護するのに役立ちます。ただし、転写の調節にも役割を果たします。ヒストンの末端に位置し、クロマチンを放出するリジンのアセチル化のおかげで、さまざまな因子が DNA に到達できるようになります。メチル化はアルギニンとリジンに作用し、転写の調節にも役割を果たします。
- パラミューテーション:
これは、一方がエピジェネティックな修飾を受けた単一遺伝子座における 2 つの対立遺伝子間の相互作用です。次に、表現型の遺伝的変化が得られます。この変更はメンデルの法則の例外とみなされます。
体験談
以下の実験は、エピジェネティックな修飾によって形質が生じ、その後子孫に受け継がれる生物の例を示しています。
植物のストレス記憶
いくつかの研究では、植物は、体細胞の相同組換え率の増加を通じてゲノムを不安定にすることによって、さまざまな環境ストレス（温度、湿度、土壌栄養素の利用可能性、ウイルス感染など）に対処することがあること、およびこの反応が示されています。後の世代に伝わる可能性があります。
この現象を実証するために、シロイヌナズナ属のトランスジェニック植物が使用されました。これらの植物に移植された新しい配列には、ハイグロマイシン (抗生物質) 耐性遺伝子によって分離された、β-グルクロニダーゼ (GUS)遺伝子の 2 つの重複配列 (GU および US) が含まれています。 2 つのフラグメント間の相同組換えにより、機能的な β-グルクロニダーゼ (GUS) 遺伝子が生成され、組織化学的染色で検出できます。ここでは、体細胞組織の相同組換えの頻度が 2 ～ 4 倍増加する UV-C 線 (波長 280 ～ 10nm) への曝露によってストレスが誘発されました(同様の結果は、植物に病原体由来のペプチドを注入することによっても得られます)その攻撃を真似します）。
組換え頻度は次の 4 世代（自家受精）でも高いままであり、ストレス記憶が遺伝的メカニズムではなくエピジェネティックな現象に基づく現象であることを示唆しています。トランスジェニック個体または非トランスジェニック個体と、ストレスを受けた個体またはストレスを受けていない個体との間の一連の交配により、子孫は一方の親（男性または女性）のみからこの記憶を受け継ぐことができ、一方の染色体に存在するエピジェネティックな情報がもう一方の染色体に影響を与える可能性があることが示されました（ストレスを受けていないトランスジェニック植物とストレスを受けていない非トランスジェニック植物は、機能的なβ-グルクロニダーゼ遺伝子を持つ子孫を与えました)。
このプロセスを制御するメカニズムは不明ですが、クロマチンの組織化が相同組換えの制御に役割を果たしている可能性があり、これはパラ突然変異現象に似ている可能性があります。
レトロトランスポゾンと逆転写酵素の役割
1970年代以来、男性の生殖細胞と逆転写酵素（RT）に関する研究により、成熟精子が逆転写酵素（レトロトランスポゾン）をコードする遺伝子の強力な発現部位であり、これらの細胞が存在する外来のDNAまたはRNAを「吸収」する能力があることが示されてきました。媒体の中で。したがって、これらの機構により、精子は生物学的に活性なレトロジーン（RTをコードしないレトロトランスポゾン）を生成することができる可能性がある。これらの発見は、生殖細胞が個人に特有の遺伝情報の子孫への「正直な」伝達を保証するという意味で、いくぶん逆説的である。これが、これらの細胞が逆転移現象を回避するための保護システムを導入した理由です。
精子によって吸収された（そしてDNAに逆転写された）細胞外RNAは、受精時に卵母細胞に送達され、その後胚（2細胞および4細胞）に伝達され、最終的には子の組織内で（不規則に）増殖することがマウスで示されている。大人たち。この受精によって生じた個体は、非メンデル様式でこれらの DNA 分子を子孫に伝達することができ、成体になるまで組織内で不規則に増殖します。これらの DNA 分子が体内に不規則に分布しており、その遺伝が非メンデル遺伝であるという事実とその後の研究は、これらの分子が染色体に組み込まれておらず、おそらくエピソームの形で精子内に残っていることを示唆しています。生殖は核DNA の生殖とは独立しています。精子によって取り込まれた RNA にはほぼあらゆる遺伝情報が含まれているため、このプロセスを通じて新しい表現型形質が子孫に伝達される可能性があります。
エピジェネティック現象の例: マウスのパラミューテーション
Kit はチロシンキナーゼをコードするマウス遺伝子で、造血、生殖細胞の分化、メラニン生成に関与します。野生型 Kit 対立遺伝子と Kit(tm1alf) 対立遺伝子 (翻訳開始部位のすぐ下流に Lac-Z を挿入することによって作成される) を有するヘテロ接合マウス (第 1 世代) は生存可能であり、目に見える特徴的な「白い尾」を持っています。ホモ接合型 Kit(tm1alf) マウスは死亡しますが、「tip」表現型を示します。
これらのヘテロ接合マウスと野生型 Kit 対立遺伝子のホモ接合マウスとの交雑 (第 2 世代) から得られたすべての子孫は、「白い尾の先端」表現型を持っています。これは、子孫における次の割合、つまり野生の表現型が半分、「尾端が白い」表現型が半分であると予測するメンデルの法則に反します。これらの結果は、パラミューテーションの現象によって説明できます。「パラミュータゲン」と呼ばれる Kittm1alf 対立遺伝子は、「パラミュータブル」と呼ばれる Kit 対立遺伝子の変化を誘発します。
さらに、これらの同じ子孫と、Kit 対立遺伝子についてホモ接合性の他のマウスとの交雑からも、「尾端が白い」表現型を持つマウス (第 3 世代) が生まれます。我々は、パラミュータブルな Kit 対立遺伝子が第 2 世代のマウスでパラミュータニア性になったと結論し、したがって Kit* 対立遺伝子について話します。 Kit* 対立遺伝子はより高い転写率を持っています。しかし、この転写から得られる多くの転写物は異常です。そして、これらと同じ異常な転写物がマウスの精子中に大量に見出され、接合子における野生のKit対立遺伝子のパラ突然変異の起源となっている可能性がある。結論: この実験では、(パラ)突然変異の原因となるのは転写物であると考えられます。
トウモロコシにおけるパラ突然変異の例
これから説明するように、RNA はパラ突然変異を引き起こすクロマチン変化の基礎となる可能性があります。 b1 遺伝子は、アントシアニンの合成に介入することで組織の色素沈着を制御する転写因子をコードしています。 BI と B’ は、この遺伝子の 2 つの対立遺伝子です。 BI 対立遺伝子は準突然変異性があり、高い発現レベルを持っていますが、B’ 対立遺伝子は準突然変異原性があり、発現レベルは弱くなります。この遺伝子のパラ突然変異に関与する対立遺伝子は、7 回繰り返される 853 塩基対 (bp) の配列を持ち、翻訳開始部位の 100 キロ塩基 (Kb) 上流に位置します。 B’ 対立遺伝子の発現レベルが低いのは、反復配列の 7 コピーがよりメチル化されており、クロマチンが BI 対立遺伝子と比較してよりコンパクトであるためであることが観察されました。
しかし、b1 遺伝子の発現に対するこれら 7 つの配列の作用機序はわかっていません。パラ突然変異に関与する 2 つの対立遺伝子間にどのような種類の相互作用が存在するかを調べるために、研究は RNA ポリメラーゼをコードする Mop1 遺伝子に焦点を当てました。実際、このRNAポリメラーゼは、b1遺伝子の100Kb上流で7回繰り返される配列の転写から生じるsiRNAを製造する役割を担っていると思われる。したがって、これらの siRNA は、まだ知られていない複雑なメカニズムを介してパラミューテーションを引き起こしていると考えられます。
この疑問をさらに深く探求するには、中性対立遺伝子 (準変異原性でも準変異性でもない) の上流に反復配列が 1 つだけある場合に、siRNA レベルがこの配列が 7 回反復された場合と同じになる理由を理解する必要があります。また、Mop1 遺伝子が多面発現性であるという事実 (Mop1 は植物の開花、健康状態、サイズにも作用する) がパラミューテーション現象に影響を与えるかどうかも確認する必要があります。
