アルミニウム要素

Aluエレメントは、もともとArthrobacter luteus（Alu）制限エンドヌクレアーゼの作用によって特徴づけられた短いDNA断片です。^{[ 1 ]} Aluエレメントはヒトゲノムで最も豊富な転移因子であり、100万コピー以上存在します。^{[ 2 ]}ほとんどのAluエレメントは利己的または寄生的なDNAであると考えられています。しかし、少なくとも一部は進化において役割を果たしている可能性があり、遺伝マーカーとして使用されていることが示唆されています。^{[ 3 ] [ 4 ]}これらは、シグナル認識粒子の構成要素 である小型細胞質7SL RNAに由来します。Aluエレメントは霊長類のゲノム内で高度に保存されているわけではなく、少数のみが活性を保持しており、霊長類の祖先のゲノムに由来しています。^{[ 5 ]}

Alu挿入は、いくつかの遺伝性疾患や様々な形態の癌に関与していることが示唆されている。

Aluエレメントの研究は、ヒト集団遺伝学や霊長類の進化、ひいてはヒトの進化を解明する上でも重要であった。

Aluファミリーは、ヒトゲノムを含む霊長類ゲノムの反復配列ファミリーです。^{[ 6 ]}現代のAlu配列は約300塩基対の長さで、反復RNA配列のクラスの中で短鎖散在核配列（SINE）に分類されます。典型的な構造は5' - パートA - A5TACA6 - パートB - ポリAテール - 3'で、パートAとパートB（「左アーム」と「右アーム」とも呼ばれる）は類似したヌクレオチド配列です。別の言い方をすれば、現代のAlu配列は1億年以上前に2つの異なるFAM（化石の古いモノマー）が頭尾融合して出現したと考えられており、そのため、類似しているが異なる2つのモノマー（左アームと右アーム）がAリッチリンカーで結合した二量体構造になっています。両方のモノマーは、SRP RNAとしても知られる7SLから進化したと考えられています。^{[ 7 ]}ポリAテールの長さはAluファミリーによって異なる。

ヒトゲノムには100 万個以上のAluエレメントが散在しており、ヒトゲノムの約 10.7% がAlu配列で構成されていると推定されています。ただし、多型性(つまり、複数の形態または形態で出現する) を持つものは 0.5% 未満です。 ^{[ 8 ]} 1988 年、Jerzy JurkaとTemple Smithは、 Aluエレメントが AluJ (Jurka にちなんで命名) と AluS (Smith にちなんで命名) として知られる 2 つの主要なサブファミリーに分かれていることを発見し、他の Alu サブファミリーも複数のグループによって独立して発見されました。 ^{[ 9 ]}その後、活性 Alu エレメントを含む AluS のサブサブファミリーが AluY という別の名前を与えられました。6500 万年前に遡る AluJ 系統は、ヒトゲノムの中で最も古く、最も活性が低いものです。より新しい AluS 系統は約 3000 万年前のもので、まだいくつかの活性エレメントを含んでいます。最後に、AluYエレメントは3つの中で最も新しく、ヒトゲノムに沿って移動する傾向が最も高い。^{[ 10 ]} Aluサブファミリーの発見はマスター/ソース遺伝子の仮説につながり、転移因子（活性エレメント）と散在反復DNA（活性エレメントの変異コピー）との間の決定的なつながりを提供した。^{[ 11 ]}

Aluには2つの主要なプロモーター「ボックス」が存在する。5' AボックスはコンセンサスTGGCTCACGCC、3' BボックスはコンセンサスGTTCGAGAC（IUPAC核酸表記）である。RNAポリメラーゼIIIによって転写されるtRNAは、類似しているがより強力なプロモーター構造を持つ。^{[ 14 ]}両方のボックスは左腕に位置している。^{[ 7 ]}

Aluエレメントは、内部プロモーターに4つ以下のレチノイン酸応答エレメント六量体サイトを含み、最後の1つは「Bボックス」と重複している。^{[ 15 ]}下記の7SL（SRP）RNAの例では、機能的な六量体は実線で下線が引かれ、機能しない3番目の六量体は点線で示されている。

GCCGGGCGCGGTGGCGCGTGCCTGTAGTCCCAGCTACTCGGG AGGCTG AGGCTGGA GGATCG CTTG AGTCCA GG AGTTCT GGGCT GTAGTGCGCTATGCCGATCGGAATAGCCACTGCACTCCAGCCTGGGCAACATAGCGAGACCCCGTCTC。

Alu Iエンドヌクレアーゼの認識配列は5' ag/ct 3'です。つまり、この酵素はグアニンとシトシン残基（上記では小文字）の間のDNA断片を切断します。^{[ 16 ]}

Aluエレメントの中には、組織特異的遺伝子の調節に関与するものもある。また、近傍の遺伝子の転写に関与するものもあり、遺伝子の発現様式を変化させる場合もある。^{[ 17 ]}

Aluエレメントはレトロトランスポゾンであり、 RNAポリメラーゼIIIによってコードされたRNAから作られたDNAコピーのように見える。Aluエレメントはタンパク質産物をコードしない。他のDNA配列と同様に複製されるが、新しいエレメントの生成にはLINEレトロトランスポゾンに依存するため、霊長類のゲノムに多数存在することの簡単な説明となる。^{[ 18 ]}

Aluエレメントの複製と移動は、シグナル認識粒子（SRP）との相互作用によって開始され、SRPは新たに翻訳されたタンパク質が最終目的地に到達するのを助ける。^{[ 19 ]} Alu RNAは、SRP9とSRP14からなるタンパク質ヘテロ二量体と特異的なRNA:タンパク質複合体を形成する。^{[ 19 ]} SRP9/14はAluの複製と移動を促進する。Aluエレメントは、新生L1タンパク質を捕捉するリボソームに結合します。したがって、 AluエレメントはL1タンパク質の逆転写酵素を制御し、 Aluが確実にL1タンパク質の逆転写酵素を阻害します。L1のmRNAではなく、のRNA配列がゲノムにコピーされる。^{[ 10 ]}

霊長類のAluエレメントは、比較的解読しやすい化石記録を形成します。これは、Aluエレメントの挿入イベントが、読み取りやすく、世代から世代へとゲノムに忠実に記録される特徴的なシグネチャを持つためです。したがって、 Alu Yエレメント（より最近進化したもの）の研究は、共通の祖先を持つ場合にのみ特定のAluエレメントの挿入を共有する可能性が高いため、祖先の詳細を明らかにします。これは、Aluエレメントの挿入が100万年に100～200回しか起こらず、標的削除の既知のメカニズムが見つかっていないためです。したがって、エレメントを持つ個体は、エレメントを持つ祖先から派生した可能性が高く、エレメントを持たない個体の場合はその逆です。遺伝学では、最近挿入されたAluエレメントの有無は、ヒトの進化を研究する際に考慮すべき良い特性かもしれません。^{[ 20 ]}ヒトのAluエレメントの挿入のほとんどは、他の霊長類のゲノムの対応する位置に見られますが、約7,000個のAlu挿入はヒトに固有のものです。^{[ 21 ]}

Aluエレメントの中には遺伝子発現に影響を与えると示唆されているものがあり、ステロイドホルモン受容体の機能的なプロモーター領域が含まれていることがわかっています。^{[ 15 ] [ 22 ]} AluエレメントにはCpGジヌクレオチドが豊富に含まれているため、これらの領域はメチル化部位として機能し、ヒトゲノムのメチル化部位の最大30%を占める可能性があります。^{[ 23 ]} Aluエレメントはヒトにおける変異の一般的な原因でもありますが、このような変異は多くの場合、pre-mRNAの非コード領域（イントロン）に限定されており、保有者にはほとんど目立った影響を与えません。^{[ 24 ]}個人のゲノムのコード領域に変異がない場合、イントロン（またはRNAの非コード領域）の変異は個人の表現型にほとんど、または全く影響を与えません。コード領域（エクソン）またはスプライシング後のmRNAにAlu挿入が起こると、通常は宿主生物に有害です。^{[ 25 ]}

しかし、生成された変異は、ヒト集団の移動と祖先に関する研究に利用でき、^{[ 26 ]} Alu ^{[ 27 ]}およびレトロトランスポゾン全般^{[ 28 ]}の突然変異誘発効果は、ヒトゲノムの進化において重要な役割を果たしてきた。また、 Aluの挿入または欠失がヒトにおいて特定の効果と関連している事例も数多く存在する。

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるAlu反復配列
• 「NCBI Genbank DNA encoding 7SL RNA」。国立生物工学情報センター。2018年5月12日。