不法な組み換え

非正統的組み換え、または非相同組み換えは、無関係な 2 つのDNA二重鎖セグメントが結合されるプロセスです。隣接しない遺伝物質の挿入により、遺伝子が破壊され、コードされているタンパク質が適切に発現されなくなります。これが発生する主な経路の 1 つは、非相同末端結合(NHEJ)と呼ばれる修復メカニズムです。^[1]

非正統的組み換えは、大腸菌内で初めて発見された自然のプロセスです。700～1400塩基対のDNAセグメントがgalおよびlacオペロンに挿入され、強い極性突然変異を引き起こしていることがわかりました。^{[2]このメカニズムは、細菌}ゲノム内の他の場所に他の短い遺伝子配列を挿入する能力があり、多くの場合、隣接する遺伝子の発現の変化につながることがわかりました。多くの場合、隣接する遺伝子は単に停止します。ただし、これらのセグメントの一部には、強力な開始信号と停止信号もあり、これが隣接する遺伝子の調節を変え、転写量の変化につながります。この形態の遺伝子組み換えを遺伝的相同性に依存するものと区別したのは、非正統的として観察されたプロセスでは、相同DNAセグメントの使用を必要としなかったことです。当時は完全に理解されていませんでしたが、染色体の進化に変化をもたらす可能性があることが認識されていました。^[3]

原核生物では、不法組換えにより原核生物の遺伝子配列の変異が生じる。このプロセスは真核生物ではさまざまな形をとり、その 1 つが欠失である。欠失変異では、原核生物は不法組換えを起こし、遺伝コードの連続セグメントが除去される。しかし、この形の変異は、誘導された変異ではなく、自然起源の変異体ではまれにしか発生しない。原核生物における不法組換えのもう 1 つの形は、ゲノムの重複変異である。この場合、親ゲノムの一部がゲノムに複数回挿入される。この重複は、非相同性駆動であるため、遺伝物質を元の親セグメントと同じ方向または反対方向に挿入する。^[3]

非正統的組み換えのメカニズムは、相同性を共有しない 2 本の DNA 鎖が遺伝子修復機構によって結合される非相同末端結合です。二重鎖切断を認識すると、タンパク質複合体が 2 本の鎖を十分近い距離に保ち、鎖の修復を可能にします。次に、DNA の末端が修復され、誤ったヌクレオチドや損傷したヌクレオチドが除去されます。これが起こると、鎖は、以前は隣接していなかった 1 本の DNA 鎖になるように結合できるようになります。このプロセスは真核細胞では一般的であり、修復メカニズムとして機能する傾向がありますが、非正統的組み換えが発生すると、これらの突然変異につながる可能性があります。非正統的組み換えは、真核生物では原核細胞よりも DNA セグメントがはるかに大きいため、真核生物内では大きな染色体異常の形をとることがよくあります。このような非相同末端結合は、染色体の挿入や欠失の突然変異、およびある染色体セグメントから別の染色体セグメントへの転座を引き起こす不法組換えを引き起こす可能性があります。真核生物の染色体におけるこれらの大規模な変化は、遺伝的利点を与えるのではなく、生物に有害な影響を及ぼす傾向があります。^[4]

不法な組み換えは、生物の遺伝子配列に大規模な変化をもたらすため、生物に有害な影響を及ぼすことが多い。相同性に基づかないDNAの結合は、ほとんどの場合、遺伝要素を以前は配置されていなかった場所に配置するため、これらの変化は突然変異を引き起こす。これにより、生物の機能に不可欠な遺伝子の機能が損なわれる可能性がある。癌の場合、腫瘍は不法な組み換えの結果であり、ヘアピン形成を引き起こし、腫瘍細胞のゲノム内の遺伝子機能を変化させることが判明している。^[5]

不法組換えは、実験室で使用できるツールであると同時に、有用な研究ツールでもあります。不法組換えはランダムな突然変異を引き起こし、生物の遺伝子配列をランダムに変更します。^[6]この突然変異の誘発により、遺伝子セグメントに突然変異を起こしてその遺伝子セグメントの機能を変更することで、遺伝子配列の研究が可能になります。これにより、突然変異体と自然生物の違いを分析して遺伝子がどのプロセスに関連しているかを解釈することで、遺伝子機能の研究が可能になります。