遺?的組換え

遺?的組換え （いでんてきくみかえ）は、?義には、生物自身が遺?子をコ?ドするDNA鎖を途中で組み?える現象を指す。英語のRecombinationに相?する言葉として用いられる。?義には人工的な遺?子組換えも遺?的組換えと記述される。

組換え? [ 編集 ]

同じ染色?上にある二組の遺?子座間で組換えが起こる確率を組換え?（または組換え確率、英語 : recombination rate ）と言う。幾つかのモデル生物でゲノムの全?基配列が決定された結果、遺?的組換え?に基づいた遺??的地?上の距離と染色?上の物理的な距離とは必ずしも相?しないことが明らかになっているが、現在でも遺?的組換えの結果を推定する際には有用な指標となっている。

片親（父親でも母親でもよい）由?の遺?子座 $j$ 上の ?立遺?子が、そのさらに父親（つまり祖父）由?であるとき $S j = 0$ 、母親（つまり祖母）由?であるとき $S j = 1$ であるとする。定義によれば、 $S j \neq S j'$ であるとき、遺?子座 $j$ と遺?子座 $j'$ の間に組換えが起こったと言う。?って組換え確率 $θ$ は次のように定義される。

$\theta =P(S_{j}\neq S_{j'})$

特定の家系サンプルにおいて、組換えが完全に?察できるとした場合、組換え? (%) を $l$ 、組換えの起こった配偶子?を $m$ 、全ての配偶子?を $n$ と置くと、組換え?は以下の式で推定できる。

$l={m \over n}$

組換え? $l = 0%$ のときを完全連鎖、 $0% < l < 50%$ のときを不完全連鎖、 $l = 50%$ のときを?立という。染色?の?り換えは、二本の染色?間のみで起こり、他の染色?間では起こらない。したがって、定義上組換え?が50%を超える事は有り得ない。

ホ?ルデンのマップ?? [ 編集 ]

ここで組換え?を $θ$ とする。?換えはまったくランダムに起きると考える。特定の二つの遺?子座の間で?換えが起こるというのはとても頻度の低い現象であると考えられるから、これがポアソン分布に?っているとする。この確率の期待値は上述の?定によると、この遺?子座の間の距離と相?していると考えられ、これを $x$ とする。すなわち、 $c$ 回の?換えが起こる確率は以下のように表せる。

$P(C=c|x)={\frac {x^{c}e^{-x}}{c!}}$

組換えが起こったということは、前述のように奇?回の?換えが起こったことを示す。すなわち

${\begin{aligned}\theta &=P(C=1|x)+P(C=3|x)+P(C=5|x)+\cdots \\&=e^{-x}(x+{\frac {x^{3}}{3!}}+{\frac {x^{5}}{5!}}+\cdots )\\&=e^{-x}\sinh(x)\\&=(1-e^{-2x})/2\end{aligned}}$

ここで $sinh$ は ?曲線?? の一つ。つまり

$x=-\ln {\frac {1-2\theta }{2}}$

これはホ?ルデンのマップ??として知られ、二つの遺?子座の間の 遺?的距離 を表している。 $x$ の?位はモルガン（英語版） (M)で、1 Mの距離にある遺?子座の間では1回の?達につき1回の?換えが生じることが期待される。これはきわめて長い距離に相?し、通常は $1/100 M = 1 cM$ （センチモルガン）の?位が頻用される。これを利用して染色?上の遺?子の配置位置の遺?子地? が書ける。

組換えホットスポット [ 編集 ]

ホ?ルデンは上述のようにゲノム上のどこにおいても?換えはランダムに起こると考えた。しかしこの?定は誤っていたことがわかっているとすでに述べた。ゲノム上で、特に組換えが起こりやすい場所のことを組換えホットスポットと言う。

ヒトゲノムにおいては全ゲノム上における組換えホットスポット分布が確認されている。HapMap ^[1] の第二相デ?タでは、ヒトゲノム上に32966個の組換えホットスポットが存在することがわかった ^[2]。特定の染色?により組換えホットスポットが多いということはない。

疾患遺?子マッピングにおける使用 [ 編集 ]

組換えは連鎖を弱めさせる主要な原因であり、組換えが存在するということそのものが連鎖解析を成立させている。組換え確率の正確な測定と疾患の?達との?連を見ることにより、疾患の原因遺?子は一意に特定されてもよいように思われる。しかし組換え確率の推定は前述のように不正確な要素も多く、また組換えホットスポットの存在によって結果として疾患?連領域の位置は大まかにしかわからない。現在現?の疾患遺?子マッピングでは、むしろ連鎖不平衡のほうがより詳細な領域を同定するために有用である。

DNAレベルの組換え [ 編集 ]

分子生物? では、連?した DNA 分子の中のある部分が切?と再結合により他のDNA分子の一部と混ぜ合わされることを組換えという。上記の染色??での組換えはこのDNAの組換えによるものであるが、DNAの組換えには、他にもいろいろなタイプがある。

なお分子生物? あるいはバイオテクノロジ? の基礎技術である人工的なDNA組換え（遺?子組換えあるいは遺?子工? ）も組換えと呼ばれるが、仕組みは異なる。

相同組換え [ 編集 ]

詳細は「相同組換え」を?照

染色?の組換えは普通、相同性のあるDNAの間で行われる。これを 相同組換え という。

減?分裂の過程で染色?の ?換えに伴うのが普通であるが、 ?細胞分裂での ?換えに伴うものもある。

相同組換えであっても、染色?の別の位置（染色?レベルでは相同でない）の間で組換えが起これば、座位の?が?化する。その範?に遺?子が含まれていれば、遺?子の重複または欠失につながる。これを不等組換えといい、不等?換えに?たる。

これらの相同性があるDNA配列の間での組換え反?（相同組換え）を?媒するのは、組換え酵素（リコンビナ?ゼ）と呼ばれる酵素である。

大腸菌を含む ?性細菌においては RecA と呼ばれるリコンビナ?ゼが相同組換えを介してDNA修復や外?DNAの取り?みに??している。一般にリコンビナ?ゼは細胞にとって重大な障害であるDNAの二本鎖切?(DSBs)の修復に重要である。大腸菌においては電離放射線や DNA複製の失敗によってDNAの二重鎖が切?されると、 RecBCD と呼ばれるヘリカ?ゼとヌクレア?ゼの複合?によりその末端の認識?消化が行われ一本鎖DNAが生じる。通常、生??の一本鎖DNA領域は一本鎖結合蛋白質 (ssDNA binding protein, SSB) によって保護されているがRecBCDの?きにより一本鎖DNA上にRecAタンパク質が配置される。その後、RecAタンパク質がSSBを除去しながら一本鎖DNA上に重合?伸長することにより右?き螺旋のヌクレオプロテインフィラメントが形成される。その後 RecA フィラメントは染色?上の相同領域を探しあて組換え反?を行う。

酵母やヒトを含む ?核生物では2種のリコンビナ?ゼが知られている。そのうち Rad51 タンパク質は?細胞分裂および減?分裂での相同組換えに必要である。もう一つの Dmc1 タンパク質は減?分裂時の相同組換えに特異的に機能する。?核生物ではDNA二重鎖の切?末端は Mre11 / Rad50 / Nbs1 (Xrs2) 複合?によって認識され、さらにこの複合?を中心にその後の修復?式が制御されている。相同組換えを介した修復が行われる際は、ヘリカ?ゼおよびヌクレア?ゼによって一本鎖領域が生じ、さらに一本鎖DNA結合蛋白質 ( RPA ) によって安定化される。その後 Rad52 タンパク質等の組換え?媒蛋白質が一本鎖DNA上でRPAを除去しRad51を配置することで、最終的にRecAと同?のヌクレオプロテインフィラメントを形成し相同組換え反?を起こす。

他のタイプの組換え [ 編集 ]

部位特異的組換え [ 編集 ]

バクテリオファ?ジ（ファ?ジ）による部位特異的組換えでは、ファ?ジのDNAが?換えと似た方法で、宿主である細菌の染色?DNAに組み?まれる。ファ?ジDNAの部分配列が標的DNAのそれと完全に一致すると、インテグラ?ゼと呼ばれる特殊な組換え酵素がファ?ジDNAを標的に組み?む。このようにファ?ジDNAが染色?に組み?まれた?態をプロファ?ジという。

非相同組換え [ 編集 ]

以上と異なり、相同性のないDNA配列の間での組換え（非相同組換え）もある。プロファ?ジDNAが染色?から?け出す（切り出されて新しいファ?ジを作る）際にこれが起きることがあり、この場合には宿主の遺?子を含んだファ?ジ（形質導入ファ?ジ）ができる。

?細胞における組換え [ 編集 ]

?細胞では、染色?の?換えに伴う組換えとして、無性生殖する生物におけるものがある。またDNA損傷が完全に修復されないまま細胞分裂を?た場合に起きる姉妹染色分?交換（Sister chromatid exchange:SCE）なども知られる。

そのほかに生理的に起きる組換えも知られており、代表的なものがリンパ球の B細胞における免疫グロブリン（抗? ）遺?子や、 T細胞における受容? 遺?子である。これは抗?や免疫反?における機能的多?性に必須の過程である。抗?#免疫グロブリンの多?性を?照。

脚注 [ 編集 ]

^ HapMap 計?
^ International HapMap Consortium. A second generation human haplotype map of over 3.1 million SNPs. Nature 2007;449:851.

?連項目 [ 編集 ]

染色??

[1] HapMap 計?

[2] International HapMap Consortium. A second generation human haplotype map of over 3.1 million SNPs. Nature 2007;449:851.

[1]

[2]