８７．トランスポゾン Ｉ

　トランスポゾンとは染色体上での位置を変えることができるＤＮＡ断片のことですが、発見したのはバーバラ・マクリントックという女性科学者です（図８７－１）。彼女は１９０２年の生まれで日本では明治の末期ですが、当時は米国でも女性が科学者になるのはまれなことでした。実際コーネル大学の農学部に進学したのですが、希望した植物育種学科は女人禁制で、大学院も遺伝学は女性は専攻できなかったので、やむなく植物学を専攻することになりました。
　マクリントックが最初に目指したのは、当時モーガン研のスターティヴァントがショウジョウバエの４つの染色体を識別し、それぞれにおける遺伝子の場所を記した染色体地図を発表していたので、彼女が研究材料としていたトウモロコシでも染色体地図を作成するということでした。彼女はまず染色体を識別する上で助けになる酢酸カーミン染色法を開発しました。これは図８７－１のカルミン酸を酢酸に溶かして鉄イオンなどを加えた染色液を用いる方法で、現在でも使われています。カルミン酸はある種のカイガラムシが合成する色素で、１９９１年まで人工合成はできませんでした。

図８７－１　バーバラ・マクリントックとカルミン酸

　クレイトンとマクリントックは、染色体の両端にそれぞれ特徴的な構造、すなわちノブとしっぽ（非染色体ＤＮＡ）を持つ変異体をみつけて、ノブとしっぽが組み換えによっていれかわることを示しました。これによって組み換えが可視化され、誰もが染色体の切断と再結合（交叉）によって組み換えが行われることを納得しました（２）。
　図８７－２をみると、ＣとＷという２つの遺伝子の間で組み換えがおこると、本来ならＣはノブとしっぽを伴ってＦ２に出現すべきところ、Ｃはノブ、Ｗはしっぽという組み合わせでＦ２に出現することになり、物理的な染色体の切断・結合と、形質から判断される遺伝子の組み換えが同時に起こっていることがわかります。

図８７－２　染色体の切断・結合の可視化

　私はこの文章を書くに当たって、マクリントックが後にトランスポゾンの理論をうちたてるきっかけとなった論文のことを調べるために文献（３）にあたりました。その中には 「１９３１年の秋、彼女はカリフォルニア大学バークレイ校の研究者から送られてきた別刷りを受け取った。そこに彼女がミズーリで見たものと同じ種類の斑入りが載っていた。バークレイの研究者たちもまた、染色体の切断あるいは欠落で生じた小さな染色体について触れていた」 という記述があります。ところがこのバークレイの研究者が誰なのかは書かれていません。
　疑問を感じながら調べたところ、マクリントックの論文（４）に引用文献がありました。この論文には引用文献が２つしかなく、そのひとつでした。Nawashin M. という人物の論文なのですが、さらに調べると、どうもこの引用文献のスペルが間違っているらしくて、Navashin M. （ナヴァシン　Ｍ．）という人物なら当時バークレイ校で植物の遺伝学をやっていたようなのですが、Nawashin M. という人物は見当たりませんでした。これからは全く私の想像ですが、Navasin さんはドイツ語でも論文を書いているのでドイツ人で、本来は Nawashin だったわけですが、米国では名前の発音が違って呼ばれるのが嫌で Navashin にスペルを代えたのではないでしょうか？マクリントックへの手紙には Nawashin と書いたのかもしれません。この人物の貢献があったことは確かでしょう。
　マクリントックは斑入りの原因が、環状染色体（５、図８７－３）内における染色分体間での姉妹鎖交換によって、セントロメアを２個含む染色体と全く含まない染色体が形成され、セントロメアを含まない染色体は細胞分裂によって娘細胞に分配されないため、色に関する遺伝子が無効になった細胞集団ができることによって斑入りが発生することを示しました（４）。

図８７－３　斑入りのトウモロコシが発生する原因

　マクリントックは米国学術研究会議から奨学金をもらって、コーネル大学、ミシガン大学、カルテックなどを渡り歩いて研究をしていましたが、その奨学金が切れてしまって、ドイツで研究を続けることにしました（６）。１９３３年～１９３４年はやむなくドイツで核小体と染色体の関係について研究していましたが、ナチス勢力の台頭もあって、コーネル大学に戻ることになりました。そして１９３６年に、３０才代半ばでようやくミズーリ大学での定職（assistant professor）を得ることができました。Assistant professor といえば日本では助教のようなポストでしたが、その状態で彼女は米国遺伝学会の会長になりました。マクリントックは全く協調性がなく、喧嘩っ早い人間だったので、業績は大いに評価されてもポストは与えられず、女性の地位が低かった時代とは言え、あとからきた女性に先に准教授（associate professor）のポストが与えられるという有様でした（３）。
　マクリントックが幸運だったのは、このような状況の中で旧友のマーカス・ローズがコールド・スプリング・ハーバー研究所に誘ってくれたことでした。ここは分子生物学のジャンルでは最も有名なシンポジウム「Cold Spring Harbor Laboratory Symposium on Quantitative Biology」が開催される場所として業界で知らない人はいません。夏期休暇を利用して多くの研究者が集まる施設ですが、冬は静かな環境で思う存分研究ができる場所でした（図８７－４）。
　この研究所のたたずまいはちょっと変わっていて、図８７－４に示されているように、普通のビルディングではなく、敷地に散在する個人の住宅のような建物がひとつの研究室になっています。右はマクリントックの研究室で、彼女が亡くなったあともそのまま保存されていました。このような施設をみると、某国は科学を利用しようとするだけで、愛してはいないということを痛感させられます。ちなみに２００９年にはコールド・スプリング・ハーバー・アジアが中国の蘇州に開設され、活動を開始しました。これからの科学は中国によって牽引されることが予感させられます。

図８７－４　コールド・スプリング・ハーバー研究所に保存されているマクリントックの研究室

　これからの話を理解するためにアントシアニジンという色素について説明しなければなりません。この色素は多くの植物で花や実の色に関与しており、複雑な過程を経て合成され、しかも図８７－５のように側鎖の種類によって様々な発色が可能です。実際にはこの色素に糖が結合した配糖体の形で花や実に存在しています。多くの植物はこの色素を合成する酵素の遺伝子を保持しており、それが働かない場合色は失われます。

図８７－５　アントシアニジンは側鎖の種類によって、様々な発色を行う

　マクリントックは１９４１年１２月から、ほとんどの残りの人生をコールド・スプリング・ハーバーで過ごしました。１９４１年１２月といえば、８日の真珠湾攻撃から太平洋戦争が勃発した時期でした。彼女が「動く遺伝子」の研究を始めたのは１９４４年ですから、日本軍が太平洋の島々で玉砕を重ねていた時期です。「動く遺伝子」に関する仕事は非常に困難だったので、数年間は論文が書けませんでしたが、戦争中にもかかわらずカーネギー財団はずっとこの仕事に援助を続けました。
　この間にマクリントックは、Ａｃ と Ｄｓ というＤＮＡ上の因子が、ＤＮＡ上で他の部位にジャンプして遺伝子発現の調節を行っていることをつきとめ、例えば図８７－６で言えば、通常は紫色の実が、Ｄｓがアントシアニジン合成遺伝子の位置に移動してくると、その合成遺伝子の発現が抑制されて実の色が白くなり、Ｄｓがそこから抜けて移動すると、ふたたび色素が合成されるようになります。どの程度元に戻れるかによって発色の状況が違っていきます。これが斑入りの原因になります。

図８７－６　トランスポゾンと斑入りの発生

　マクリントックは１９５１年にコールド・スプリング・ハーバー研究所のシンポジウムで「動く遺伝子」に関する永年の研究成果を発表しました。しかし予想に反して全く反響はなく、誰も彼女が何を言っているのか理解できませんでした。ジャコブとモノーのオペロン仮説よりも前、ワトソンとクリックの二重らせんよりも前だったので、当時としては想像もできないようなお話だったようです。ＤＮＡの一部が遺伝子の活動を制御するなどと言う概念すらなかった時代だったということもありますが、当時は遺伝学者の興味がファージや大腸菌に大きく傾いていた時代だったので、トウモロコシの話題などみんなあまり興味がなかったということもあるのでしょう。
　その後も分子生物学的な裏付けがなかったので、「動く遺伝子（トランスポゾン）」はなかなか業界で認められませんでしたが、１９８２年にスプラドリングとルビン（図８７－７）がショウジョウバエにＰエレメントが存在することを証明し（８、９）、ついに１９８３年にフェドロフ（図８７－７）がトウモロコシのＡｃとＤｓの分子的実体とその動きを解明した（１０）ことで、間髪を入れずマクリントックはノーベル生理学医学賞を授けられることになりました。
　授賞時マクリントックは８０才を越えていましたが、メンデルと違って生きているうちにきちんと再評価されたのはよかったと思います。ただ私の意見としては、ニーナ・フェドロフと共に授賞すべきだったのではないか、そのほうがマクリントックも嬉しかったのではないかと思いますね。天才だけでなく、実験的証明を行った人々についても、きちんとした評価がなされて然るべきです。

図８７－７　トランスポゾンの存在を実験的に証明した研究者達

　現在ではトランスポゾンは細菌からヒトに至るまでユニバーサルに存在することが知られていますし、種類も様々です。

参照

１） B. McClintock.,  Chromosome Morphology in Zea mays. Science 69: 629　(1929)
http://science.sciencemag.org/content/69/1798/629.long
２）Creighton, H., and McClintock, B. 1931 A correlation of cytological　and genetical crossing-over in Zea mays. PNAS vol. 17: pp. 492–497 (1931)
http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/holdings/m/hc-bm-31.pdf
３）Ray Spangenberg  and  Diane Kit Moser  著,  大坪 久子 (翻訳) 　「ノーベル賞学者バーバラ・マクリントックの生涯　動く遺伝子の発見」　 養賢堂　２０１６年刊
４）B. McClintock., A correlation of ring-shaped chromosomes with variegation in zea mays., Natl. Acad. Sci. USA, vol.18, no.12, pp. 677-681 (1932)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1076312/pdf/pnas01740-0003.pdf
５）Lillian V. Morgan., Correlation between shape and behavior of archromosome., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 12., pp.180-181 (1926)
http://www.pnas.org/content/12/3/180
６）Famous scientists. Barbara McClintock.,
https://www.famousscientists.org/barbara-mcclintock/
７）Barbara McClintock, The origin and behavior of mutable loci in maize., Proc. Natl. Acad. Sci. USA vol. 36,  pp. 344-355 (1950)
８）Spradling AC, Rubin GM,  "Transposition of cloned P elements into Drosophila germ line chromosomes". Science. vol. 218 (4570): pp. 341–347. (1982)
Bibcode:1982Sci...218..341S. PMID 6289435. doi:10.1126/science.6289435.
９）Rubin GM, Spradling AC, "Genetic transformation of Drosophila with transposable element vectors". Science. vol. 218 (4570): pp. 348–353. (1982)
Bibcode:1982Sci...218..348R. PMID 6289436. doi:10.1126/science.6289436.
１０）N. Fedoroff, S. Wessler, and M. Shure, Isolation of the transposable maize controlling elements Ac and Ds., Cell vol. 35, pp. 235-242 (1983)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6313225