マリー・ドラトルは、顕微鏡でしか見ることのできない虫の有性生殖行為を研究していたとき、予期せぬことに気づきました。 顕微鏡で見ると線虫の胚 ベラリ性肝炎 細胞は正常に分裂し、XNUMX 個の細胞から XNUMX 個、XNUMX 個の細胞へと進行していました。 しかし、いくつかの独房の中で、彼女は、DNA の断片が本来あるべき場所ではない場所に飛び散る不可解な飛沫を目撃した。

「核の中にも核の外にも、いたるところにDNAが存在していました。DNAの大きな塊です」と彼女は語った。 「死んだ胎児かと思った。」

胚は死んでいなかったが、ゲノムを破壊するという、通常は死んだ細胞のみが行うことを行っていた。 「これらの破片がいつ、どの段階で現れ、どのように見えるかを追跡しようと試み始めました」と彼は言いました。 デラトレ、リヨンの高等師範学校の細胞生物学者。 「それで、これは偶然ではないことが分かりました。 すべての胎児がこれを行いました。」

Delattre が偶然発見したもの、そして彼女と彼女の研究室が XNUMX 月に発表された論文で説明したもの 現在の生物学は、生物がゲノムの一部を意図的に除去していると思われる、プログラムされた DNA 除去 (PDE) の一例でした。 これは、ゲノムは次世代に忠実に受け継がれるべき重要かつ神聖な資源であるという教訓に反する奇妙な現象だ。

これまでのところ、研究者らは生命の全分野にわたってわずか約 100 種で PDE を特定しています。複数の核を持つ単細胞繊毛虫は PDE を行います。 小さな虫や馬、多くの昆虫、さらには鳴き鳥の腸内寄生虫も同様です。 しかし、PDE は発見するのが非常に難しいため、それが実際にどの程度一般的であるかは誰も知りません。 「生物学者の間でもあまり知られていません」とデラトレ氏は言う。

Delattre の新しい論文は、PDE の別の症例の存在を確認することに加えて、その説明も示唆しています。 PDE は、細胞と DNA 配列の間で長期にわたって続く戦いが、その所有者にとって何の役にも立たない、あるいは場合によっては重荷になる可能性があることを指摘しています。 庭師と同じように、細胞は機能と生産性を維持するためにゲノムを保護する必要があります。 雑草が侵入してきた場合、細胞は何をすべきでしょうか? 新しい研究は、次のようないくつかの種が、 M.ベラリ、PDE を使用して雑草を取り除くだけかもしれません。

斬新に見えるにもかかわらず、PDE は分子生物学の初期に発見され、DNA が生命の遺伝物質であることを研究者が知るずっと前に発見されました。 1887年、ドイツの生物学者テオドール・ボヴェリは、 パラスカリス馬に寄生する線虫である彼は、その大きなゲノムが合体し、断片化し、有糸分裂中に小さな部分に再集合するのを目撃した。 欠けていた部品は儀式もなく廃棄されたようだった。

20 世紀中に、研究者たちは PDE を行う他の生物 (繊毛虫、蛾、カイアシ類、バンディクートなど) を発見したのはほんの一握りであり、それは非主流の概念のままでした。 しかし、なぜこれらの種がそうなったのかは不明のままだった。

何が起こっているのかを解明するために、デラトレ氏の研究室は成虫の DNA を調べた。 研究者らは以下のゲノムを比較した。 M.ベラリの生殖系列細胞（精子や卵子などの特殊な生殖細胞）は、線虫の体細胞（非生殖）細胞のゲノムを備えています。 体細胞ゲノムには、生殖系列ゲノムに存在する長い配列配列が欠けていました。 胚が32個の細胞からXNUMX個の細胞に成長するまでの間に、巨大なDNAの塊が消失した。

その後、科学者たちは線虫の胚が成長する様子を顕微鏡で観察しました。 細胞が成長してゲノムを複製するにつれて、20 本の染色体が断片に分解され、その後それらが 40 本の小型染色体に再組み立てされました。 断片の大部分は、この新しいより小さいゲノムに再結合しましたが、かなりの部分が取り残されました。

合計すると、この線虫はゲノムのなんと XNUMX 分の XNUMX を削除しました。 削除された配列はランダムに選択されたわけではありません。 そこにはパターンがあった。それらのほとんどは、遺伝子をまったくコードしていない、非常に反復性の高い DNA のストレッチであった、と Delattre 氏は発見した。

同様の反復配列または非コード配列が真核細胞のゲノムに詰まっています。 必要な機能を実行するものもあります。 たとえば、サテライト DNA は、DNA をパッケージ化するヘテロクロマチンやセントロメアなどの構造を形成し、他の反復部分が遺伝子発現を制御します。 ただし、一部の反復配列は宿主の生存に寄与せず、さらには宿主の生存を妨げる可能性があります。

このグループには、細胞の機構を盗んで自分自身を何千、何百万もコピーする自己複製 DNA 配列であるトランスポゾンが含まれています。 これは分子大窃盗に相当し、細胞がこれらの配列を抑制するために費やさなければならない時間とエネルギーの無駄である。 細胞は、トランスポゾンを沈黙させるエピジェネティックなマークを使用したり、RNA を遮断して破壊したりすることで、トランスポゾンを日常的に抑制します。 しかし、いくつかの種、例えば、 M.ベラリ、PDE を通じて完全に削除される可能性があります。

デラトレさんは、線虫がやっているのではないかと疑っている。 コーネル大学の進化遺伝学者でトランスポゾンを研究しているジョナサン・ウェルズ氏は、今回の研究には関与していないが、DNA寄生虫が標的となる可能性が高いことに同意する。 トランスポゾンの管理に関しては、「調べれば調べるほど、より多くのシステムが存在することがわかります」と彼は言いました。

ただし、トランスポゾンやその他の種類の自己複製 DNA は必ずしも悪者ではありません。 トランスポゾンは、ゲノム全体で自身を繰り返しコピーすることにより、細胞に以下の情報を提供します。 新鮮な素材 突然変異して新しい遺伝子に進化する可能性があります。 宿主細胞を自由かつ自由に 遺伝子配列を取得する 寄生DNAからそれらを作ります 正常なゲノムの一部 — または、別の見方をすると、寄生虫は養子にされるほど宿主に取り入っているのです。 「[反復的な DNA 要素] は他のすべての遺伝子が存在する土壌です」とウェルズ氏は語った。 「それらは新しさの宝庫です。」

トランスポゾンは有害であると同時に有用であるため、PDE にはトランスポゾンと戦う以外にも用途があるかもしれません。 Delattre でさえ、トランスポゾンがすべてであるとは確信していません。 繰り返される DNA ですが、 M.ベラリ 削除は有害だ、「なぜ生殖系列ではなく、体細胞だけで[寄生DNA]を除去するのでしょうか?」 彼女は尋ねた。

PDE は、寄生虫と戦うことに加えて、細胞がさまざまなライフステージを経るにつれてゲノムを合理化するのに役立つ可能性があります。 生物の胚発生に不可欠な遺伝子の多くは、成熟時には不要になります。 細胞がそれらの遺伝子を自ら取り除くことができるのであれば、なぜ効率のためにそうしないのでしょうか? ゲノムが大きくなるとコピーや維持が難しくなり、発生遺伝子を不適切に発現すると問題が発生する可能性があります。 生殖系列細胞のように完全なゲノムを子孫に伝える必要がない体細胞では、不必要な要素を除去することが勝利の進化戦略となる可能性がある。

PDE がなぜ起こるのか、正確には誰も知りません。 それは十分に研究されておらず、多くの深く根付いている遺伝的概念と矛盾しているため（1枚の紙、一部の鳴き鳥が染色体全体をどのように除去するかを説明しており、これらの欠失を「メンデルの悪夢」と呼んでいます）、ほとんどすべての仮説が有効である可能性があります。

生物学者がその探索範囲を広げる理由はそれだけにあり、「私たちが知らない他の種にそれが存在するのであれば、それを探す必要がある」とデラットル氏は述べた。 誰が PDE を使用しているのかをよりよく理解することで、科学者は、一部の生物がゲノムを管理するためにこれほど大胆で潜在的に危険な措置を講じる理由の理解に近づくことができます。 「PDE は私たちが知っているよりも広範囲に広がっていると考えて間違いありません」とウェルズ氏は語った。