13.7: エクソン組換え

真核生物の遺伝子は、エクソンと呼ばれるタンパク質コード配列とイントロンと呼ばれる非コード配列の交互のブロックで構成されています。

エクソン組換えとは、同じ遺伝子または異なる遺伝子のエクソンが組み換えて、新しいエクソン-イントロン配列の組み合わせを生み出し、それが新しい遺伝子に進化するプロセスです。

エクソン組換えは、非相同組換えまたはレトロ転位によって媒介され得る。

非相同または非違法な組換えの際には、配列の類似性がないDNA鎖が組み換えられ、新しい遺伝子構造が生成されることがあります。

慢性肉芽腫性疾患 – 免疫系の遺伝性疾患が良い例です。この疾患の多くの患者は、酵素NADPHオキシダーゼをコードするphox遺伝子にまれな変異を持っています。

野生型NADPHオキシダーゼは、感染時にスーパーオキシドなどの活性酸素種を産生し、感染性病原体の食細胞を介した殺傷を助けます。

まれに、phox遺伝子のエクソン8とエクソン11の間の非相同配列が組み換えられ、エクソン9とエクソン10の重複を引き起こす。これにより、酵素NADPHオキシダーゼの活性が低下します。障害のある酵素は、細菌感染を取り除くのに十分な活性酸素種を生成できず、肉芽腫またはマクロファージと関連する免疫細胞の凝集を引き起こします。

レトロトランスポジションによるエクソン組換えは、アフリカのショウジョウバエにおけるJingwei遺伝子の進化を最もよく説明できます。

約250万年前、Adh mRNAの一部がDNAに逆転写され、Ynd遺伝子のエクソンと再結合して、Jingweiと呼ばれる新しい遺伝子が生まれました。

Ynd遺伝子はショウジョウバエの精巣の発達に関与しており、Adh遺伝子はアルコールデヒドロゲナーゼをコードしています。新しい遺伝子Jingweiは、Yndに由来するドメインとAdhに由来するドメインの2つのドメインを持つタンパク質をコードしています。

したがって、タンパク質Jingweiはショウジョウバエの精巣で発現し、ホルモンとフェロモンの生合成に関与しています。