Two modes of mitochondrial DNA transmission in mice: Maternal inheritance and rapid segregation

Abstract

35 INVITED REVIEW はじめに 哺乳類において， ミトコンドリアゲノム （mtDNA） の遺 伝様式は， 核ゲノムとは大きく異なる． 核の場合には 遺伝子は両親から受け継がれるが， ミトコンドリアの場 合には母親からのみ子孫へと伝達される， いわゆる母 性 （母系） 遺伝の様式をとる． どのようにして母性遺伝 マウスにおける mtDNA 遺伝様式 ： 母性遺伝と急調分離 設楽浩志， 米川博通 （財）東京都医学総合研究所 〒 156-8506 東京都世田谷区上北沢 2-1-6 要旨：哺乳動物には，2 種類のゲノム，核 DNA とミトコンドリア DNA（mtDNA）が存在している． mtDNA の遺伝様式は， 母性遺伝と急調分離に代表されるように， 核 DNA とは大きく異なる． mtDNA は古くから母性遺伝をすることが信じられてきた． なぜなら， 哺乳動物では卵に存在する mtDNA コピー 数が精子よりも 10 3-4 倍多く， 極微量の精子由来 mtDNA が次世代へと伝達されることが考えにくかったためである． しかし， 当時の技術ではこの極微量の "精子由来の mtDNA" が検出されず， 父親由来の mtDNA が子孫へ伝達し ている可能性が残されていた． その後， 高感度な PCR 法を用いることで， マウス精子の mtDNA が前核期後期まで に消失することが示され，幾つかの特殊な事例を除き，mtDNA は完全に母性遺伝することが，実験的に証明された． 形態学的解析からもマウスでは受精時に卵細胞質内に侵入した精子由来ミトコンドリアが 2 細胞期までにほぼ消失す る様子が観察されており， ユビキチン-プロテアソーム分解系の関与が報告されている． 一方， 急調分離とは mtDNA の状態がヘテロプラズミーからホモプラズミーへ速やかに移行する遺伝現象である． mtDNA は体細胞では 10 3-4 コピー存在しており， 核 DNA の約 10 倍も変異を起こしやすい． このことから， ヘテロプ ラズミーの方がホモプラズミーより起こりやすいことが想定されるが， 実際はその逆で一つの細胞に複数の mtDNA 分 子種が存在することは極めて稀である． このホモプラズミー維持の機構が 「ボトルネック効果」であり， これまで 「雌性 生殖系の細胞中の mtDNA 数が極端に減少する」 としたモデルが広く受入れられてきた． ところが， 実際に mtDNA 分子数を我々が測定するとそのコピー数に極端な減少は無く， ホモプラズミーの維持はコピー数減少以外の機構に よって mtDNA の分離単位の実効数が小さくなるためと考えられる．