RT

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序論

1970年は、米国各地の大学キャンパスが騒然とした年であった。同じ頃、真核分子生物学という黎明期の分野に劇的な影響を与えることになる実験が、MITのDavid BaltimoreおよびUWのHoward Teminの研究室で進められていた。両者はRNA依存性DNAポリメラーゼ（ほどなくして逆転写酵素、reverse transcriptase：RTと改称）についても報告した。この発見は、その後、ウイルス複製、がんの遺伝学的基盤、ならびに真核遺伝子発現機構に関する研究に影響を与え、当時はまだ相対的に未成熟であったバイオテクノロジーの発展に不可欠なツールを提供した。特筆すべきは、RTの発見が、がん研究、とりわけウイルス学分野への大規模な研究資金投入につながり、その結果、ヒトT細胞白血病ウイルス（HTLV）やヒト免疫不全ウイルス（HIV）といった重要な新規ヒト病原体の発見への道を開いたことである。

図1．代表的な逆転写酵素（RT）の構造（Martín-Alonso, S.; et al. 2020）

レトロウイルスの歴史

鳥白血病（実際には白血病）は1907年に発見され、濾過抽出物（すなわちウイルス）により伝播可能な悪性腫瘍として最初に報告された。Peyton Rousは1911年にラウス肉腫ウイルス（RSV）を発見し、その業績によりノーベル賞を受賞した。19世紀末から20世紀初頭にかけて、神経疾患、免疫不全、消耗、貧血など他の疾患と関連して見いだされたウイルスの一部も、後にレトロウイルスであることが判明した。当時は実験手法が限られていたものの、初期の動物研究からは、電子顕微鏡によるウイルス粒子の可視化など重要な観察結果が得られた。

当時「RNA腫瘍ウイルス」と呼ばれていた2種類の差異は、次第に明らかになっていった。第1のタイプは現在、急性形質転換ウイルスと呼ばれ、鳥類およびマウスの肉腫ウイルスが代表例である。これらのウイルスは比較的短期間で腫瘍形成を誘発し、通常は1～2週間で宿主を死に至らしめる。もう一方は非急性ウイルスと呼ばれ、発症までにより長い時間を要し、一般に白血病またはリンパ腫を引き起こす。

1950～1960年代は分子生物学の黄金期であり、DNA二重らせん構造の発見に加え、極めて簡便でありながら強力な多くの手法が開発された。核酸化学のツールと組み合わせることで、これらの手法は遺伝子構造、その制御機構、ならびに遺伝情報が発現する仕組みに関する基盤的理解をもたらした。これらの発見のほとんどは細菌研究に由来し、分子生物学のセントラルドグマ—すなわち、細胞の遺伝情報はDNAとして符号化・保存され、DNAからRNAへ、さらにタンパク質へと不可逆的に流れる—へと結実した。第二の考え方として、生物学の根本的統一性が挙げられ、「E. coliで真であることはゾウでも真である」という標語が当時の合言葉であった。しかし、当時広く受け入れられていたこれら2つの信念は、1970年代半ばに突如として変化することになる。

がん遺伝子の発見における逆転写酵素

レトロウイルス由来RTは、がん遺伝子（オンコジーン）の発見において重要な役割を果たした。ビリオン内にRTが存在することを利用して、ウイルス関連配列に対する分子プローブを作製でき、これはウイルス複製のモニタリングに有用である。RT反応（ビリオン内の天然ウイルスRNAの複製、あるいは精製RTを用いたmRNAのコピー）では、アクチノマイシンDはRNA鋳型からのDNA合成を阻害しない一方で、DNA複製を阻害する。したがって、アクチノマイシンD存在下では、得られる産物は鋳型RNAに相補的な一本鎖DNAとなり、アクチノマイシンD非存在下では最終産物は二本鎖DNAとなる。この方法で作製されたプローブは、分子クローニングが普及する以前に、ウイルス性がん遺伝子の細胞起源を解明するために用いられた。

逆転写酵素とテロメラーゼ

当時、Francis Crickは、RTの活性はセントラルドグマと本質的に矛盾しないとする総説を著した。RTは当初、レトロウイルスおよびパラレトロウイルスに特有のウイルス酵素と考えられていたが、その後、逆転写が細胞性テロメラーゼの基盤であることが明らかになった。テロメラーゼは、6塩基反復配列のタンデムコピーを産生することにより染色体末端（テロメア）を維持する多タンパク質複合体である。テロメラーゼの主要構成要素は、テロメラーゼ逆転写酵素（TERT）とテロメラーゼRNAである。テロメラーゼは、テロメアDNAのラギング鎖を1サイクルあたり6ヌクレオチド（nt）ずつ伸長することを反復してテロメア反復配列を生成し、その際、TERTはテロメラーゼRNAを鋳型として利用する。したがって、細胞における基盤的プロセスはいずれもRTの利用を伴う。細胞性RTがもともとウイルス由来RTから派生した可能性、あるいはその逆の可能性も考えられる。