線状染色体とは、直線状の染色体であり、末端を有する。ほとんどの真核細胞では、DNAは複数の線状染色体として配列されている。一方、ほとんどの原核細胞では、一般的に1本の環状染色体しか存在しない。
一般的に、真核生物における線状染色体の進化をもたらした要因は十分に解明されていない。線状染色体を支持する潜在的な選択圧の一つは、生物のゲノムの大きさに関係している。線状染色体は、巨大なゲノムの転写と複製を容易にする可能性がある。非常に大きなゲノムを持つ生物では、環状染色体はねじれひずみに関連する問題を引き起こす可能性がある。[要出典]
線状染色体には、いくつかの点で不利または問題もあり、最も大きな潜在的問題の 1 つが末端複製問題です。これは、DNA 複製酵素の方向性により発生する現象で、細胞および DNA の複製の各サイクルの後に、線状染色体の末端の遺伝物質が徐々に失われます。遺伝物質のこの段階的な損失の悪影響を軽減するために、真核生物は染色体の末端にテロメアと呼ばれる反復的な非コード末端 DNA 配列を発達させました。これらの反復的な非コード配列は重要なコード DNA の代わりに失われ、テロメラーゼと呼ばれる酵素を使用して補充されます。[1]しかし、テロメアは線状染色体の末端のコード DNA の損失を完全には防ぎません。実際、生物内の細胞株におけるコード DNA の最終的な損失は、老化に役割を果たしていると考えられています。[要出典]さらに、テロメアは不安定であり、腫瘍の発生につながる変異を起こしやすいことが示唆されている。[2]テロメラーゼの恒常的な活性につながる変異は、腫瘍細胞株における細胞死亡率の低下をもたらし、癌の発生と関連している。[要出典]
原核生物では
線状染色体は真核生物に限らず、一部の原核生物にも線状染色体が存在する。ボレリア・ブルグドルフェリは線状染色体を持つ最初の細菌であるが、その後、様々なストレプトマイセス属やコクシエラ・バーネティ属など、新たな例が見つかっている。アグロバクテリウム・ツメファシエンス属など、線状染色体と環状染色体をそれぞれ1本ずつ持つ細菌も存在する。これらの細菌はDNAを保護するために独自のテロメアを独自に発明しているが、それらは万能ではない。ストレプトマイセス属はタンパク質で覆われたテロメアを持つが、「原核生物における遺伝的不安定性の最も顕著な例の一つ」として知られている。[3]
原核生物の環状染色体を線状化した実験では、一部の原核生物は線状染色体でも生存能力を維持できることが実証されている。[4]
細胞小器官内
ほとんどの真核生物のミトコンドリアとプラスチドのゲノムは、細菌の祖先と同様に、単一の環状染色体上に存在します。しかし、多くの真核生物種は線状ミトコンドリアDNA（mtDNA）を有しており、中には複数の分子に分割されているものも存在します。その形態は、動物（哺乳類、クラゲ類、海綿動物）、真菌（特に酵母）、植物、アルベオラータなど、様々な分類群にわたります。酵母と植物におけるmtDNAの形状はライフサイクルに依存し、ある時点では環状ですが、他の時点では元のゲノムのコピーが連結された線状の分岐構造を示します。[5]これらのゲノムでは、遺伝子変換によってテロメアの反復配列が拡張されます。[6]
同様の変異はプラスチドゲノムにも見られます。トウモロコシの実生は、主に分岐した線状の葉緑体DNA （cpDNA）を持っています。 [7] アセタブラリアは、真に線状のcpDNAを持っています。[8]
参考文献
- ^ Heumann, John M. (1976年11月). 「線状染色体末端の複製モデル」. Nucleic Acids Research . 3 (11): 3167– 3171. doi :10.1093/nar/3.11.3167. ISSN 0305-1048. PMC 343160. PMID 188017 .
- ^ 石川 史; 内藤 剛 (1999-06-23). 「なぜ私たちは線状染色体を持っているのか？アダムとイブの問題」.突然変異研究. 434 (2): 99– 107. doi :10.1016/s0921-8777(99)00017-8. ISSN 0027-5107. PMID 10422538.
- ^ Volff, JN; Altenbuchner, J. (2000-05-15). 「新たな始まりと新たな終焉：細菌進化における環状染色体の線状化」FEMS Microbiology Letters . 186 (2): 143– 150. doi : 10.1016/s0378-1097(00)00118-x . ISSN 0378-1097. PMID 10802162.
- ^ 崔、泰林;諸岡直樹大隅克史；児玉健一；大島拓；小笠原直武；森 広忠;ワナー、バリー。ニキ・ヒロノリ（2007年2月） 「線状ゲノムを持つ大腸菌」。EMBOレポート。8 (2): 181–187。土井:10.1038/sj.embor.7400880。ISSN 1469-221X。PMC 1796773。PMID 17218953。
- ^ Formaggioni, A; Luchetti, A; Plazzi, F (2021年7月6日). 「ミトコンドリアゲノムランドスケープ：最初の完全配列決定から40年後のミトコンドリアゲノムのポートレート」Life . 11 (7): 663. doi : 10.3390/life11070663 . PMC 8303319 . PMID 34357035.
- ^ Smith, David Roy; Keeling, Patrick J. (2013年5月). 「遺伝子変換がミトコンドリアゲノムの線形構造を形成する」. Genome Biology and Evolution . 5 (5): 905– 912. doi :10.1093/gbe/evt059. PMC 3673629. PMID 23572386 .
- ^ Oldenburg, DJ; Bendich, AJ; Haberland, G (2004年1月23日). 「トウモロコシ実生の葉緑体DNAの大部分は、明確な末端と分岐構造を持つ直鎖状分子である」. Journal of Molecular Biology . 335 (4): 953–70 . doi :10.1016/j.jmb.2003.11.020. PMID 14698291.
- ^ 郭、シュアイ;廖、雪角。チェン・シユ。廖、宝生。郭一明。チェン、瑞陽。シャオ、シュイミン。胡、ハオユ。チェン、ジュン；ペイ、ジン。チェン、ヤンジン。徐、江。チェン、シーリン（2022年4月25日）。 「4つのタデの薬用植物の葉緑体ゲノムの比較分析」。遺伝学のフロンティア。13 764534. doi : 10.3389/fgene.2022.764534。PMC 9084321。PMID 35547259。
