プチ突然変異

プチ（ρ–）は、酵母 サッカロミセス・セレビシエで初めて発見された変異体である。呼吸鎖の欠陥のため、「プチ」酵母は非発酵性炭素源（グリセロールやエタノールなど）のみを含む培地では生育できず、発酵性炭素源（グルコースなど）の存在下で生育すると小さなコロニーを形成する。プチ表現型は、ミトコンドリアDNAの欠如または変異（「細胞質プチ」と呼ばれる）、または酸化的リン酸化に関与する核コード化遺伝子の変異によって引き起こされる可能性がある。^{[1] [2]} 中立プチは、野生型と交配すると、 すべて野生型の子孫を生み出す。

プチ変異は、DNA挿入剤や成長中の細胞におけるDNA合成を阻害する化学物質など、さまざまな変異原を使用して誘発することができます。 ^{[1] [2]} プチ変異を引き起こす変異原は、変性疾患の増加や老化プロセスに関係していると考えられています。

小さな（プチ）嫌気性菌のようなコロニーを生成する突然変異は、酵母サッカロミセス・セレビシエで最初に発見され、1949年にフランスのジフ＝シュル＝イヴェットでボリス・エフルッシとその同僚によって記述されました。^[3]プチコロニーの細胞は野生型コロニーの細胞よりも小さかったが、「プチ」という用語はコロニーのサイズのみを指し、個々の細胞のサイズを指すものではありません。^[3]

50年以上前、フランスの研究室で、エフルシらは、酵母であるサッカロミセス・セレビシエの呼吸に必須の非メンデル遺伝因子を発見した。ρ  因子として知られるこの因子を持たないサッカロミセス・セレビシエは、野生型酵母と比較して小さなコロニーを発達させることで特徴付けられる。^[4]  これらの小さなコロニーはプチコロニーと呼ばれた。これらのプチ変異体は、世代ごとに0.1％～1.0％の割合で自然に自発的に生成されることが観察された。^{[4] [5]彼らはまた、野生型}サッカロミセス・セレビシエをDNA挿入剤で処理すると、この変異がより急速に生成されることを発見した。^[4]

シャッツは1964年に酵母の核DNAのミトコンドリアに関連する領域を特定した。その後、ρ因子を持たない変異体にはミトコンドリアDNAが存在しない（ρ ⁰分離株と呼ばれる）、またはミトコンドリアDNAの密度や量に違いがある（ρ ⁻分離株と呼ばれる）ことが発見された。電子顕微鏡を使用してミトコンドリアマトリックス内のDNAを観察することで、ミトコンドリアゲノムの実在性を検証することができた。^{[4] [5] [6]}

それ以来、 S. cerevisiae は老化の有用なモデルとなっている。酵母は老化するにつれて機能的なミトコンドリア DNA を失い、複製老化、つまりそれ以上複製できなくなることがわかっている。^[4]  ミトコンドリア DNA の損失と複製寿命 (RLS)、つまり細胞が死ぬ前に複製できる回数との間には関連があると示唆されており、RLS の増加は、ミトコンドリア DNA を含まない細胞の増殖を促進するゲノムの変化と同じ変化によって確立されることが判明している。複製寿命に関連する遺伝子と経路の遺伝子スクリーニングは、プチネガティブ変異体の遺伝子抑制因子を選択することにより、より簡単かつ迅速に行うことができる可能性がある。^[4]  

プチ型の特徴は、シトクロム（a、a3 + b）の欠乏と、ミトコンドリアでの呼吸に関与する呼吸酵素の欠乏です。^[7]呼吸鎖経路のエラーにより、「プチ型」酵母は非発酵性炭素源（グリセロールやエタノールなど）のみを含む培地では増殖できず、発酵性炭素源（グルコースなど）の存在下で増殖すると小さなコロニーを形成します。^[8]ミトコンドリアの欠如はプチ型の表現型を引き起こす可能性があります。または、欠失変異であるミトコンドリアDNAの欠失変異（「細胞質プチ型」と呼ばれる）によって、または酸化的リン酸化に関与する核コード化遺伝子の変異によってプチ型の表現型を引き起こす可能性があります。

プチ変異体は、アクリフラビン、エチジウムブロマイド、その他の挿入剤などの高効率処理を使用して実験室で生成できます。^[9]これらのメカニズムは、ミトコンドリアDNAを分解して最終的に損失を引き起こすように機能します。処理時間が長くなると、ミトコンドリアDNAの量は減少します。処理を延長すると、検出可能なミトコンドリアDNAを含まないプチ変異体が得られました。^[7]これは、酵母の成長におけるミトコンドリアDNAの機能を説明するのに役立つアプローチです。

ミトコンドリアなどの細胞小器官に存在する遺伝子の遺伝パターンは細胞質遺伝と呼ばれ、核遺伝子のパターンとは異なります。

プチ変異体は核外遺伝を示します。遺伝パターンは関与するプチの種類によって異なります。

分離性プチ（pet–）：突然変異体は核変異によって生成され、メンデルの1：1分離を示す。^[9]

中性プチ（rho-N）：中性プチを野生型と交配すると、すべての子孫が野生型になります。野生型の親から正常なミトコンドリアDNAを受け継いでおり、子孫に複製されます。^[3]

抑制性プチ（rho-S）：プチと野生型の交配種で、すべての子孫はプチであり、野生型のミトコンドリア機能を抑制する「優性」行動を示します。^[3]

S. cerevisiaeのプチ変異体のほとんどは抑制型であり、野生型に影響を与える点で中立プチとは異なりますが、どちらもミトコンドリア DNA の変異です。酵母のミトコンドリアゲノムは、構造と機能の両方の観点から理解される最初の真核生物ゲノムであり、これにより、細胞小器官ゲノムの進化と核ゲノムとの関係を理解する道が開かれるはずです。エフルッシの研究は、染色体外遺伝学の分野を開拓しただけでなく、今日まで続く研究に素晴らしい刺激を与えたことは明らかです。^[3]

S. cerevisiae はこの分野や他の分野で広く研究されているが、ミトコンドリア DNA におけるこのプロセスの分子メカニズムが他の酵母種でも保存されているかどうかは不明である。Kluyveromyces lactis、Saccharomyces castellii、 Candida albicansなどの他の酵母種はいずれもプチネガティブ変異体を生成することがわかっている。これらの酵母は、 S. cerevisiaeとは異なるミトコンドリアゲノムの継承システムを備えている可能性がある。^{[4] [5]}

S. castelliiがプチを自発的に生成する頻度はS. cerevisiaeと似ており、プチのミトコンドリア DNA は欠失や再配置によって大きく変化している。S . cerevisiaeの抑制プチは最も一般的に観察される自発的突然変異体であるのに対し、S. castelliiでは中立プチが最も一般的に観察される自発的突然変異体であり、この突然変異の伝達は種によって異なるという推測につながっている。^{[1] [4] [5]}