RT

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イントロダクション

1970年は、アメリカ全土のキャンパスで激動の年でした。同時期に、MITのデイビッド・バルティモアとUWのハワード・テミンの研究室で、真核分子生物学の初期の分野に劇的な影響を与える実験が行われていました。彼らはまた、RNA依存性DNAポリメラーゼ（後に逆転写酵素、RTと改名される）について報告し、この発見はウイルス複製、癌の遺伝的基盤、真核生物の遺伝子発現メカニズムに関する研究に影響を与え、当時まだ比較的遅れてい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ました。特に、RTの発見は癌研究、特にウイルス学への substantial funding をもたらし、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）などの新しい重要な人間の病原体の発見への道を開きました。

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、フィルター抽出物（すなわちウイルス）によって伝染する最初の悪性腫瘍でした。ペイトン・ラウスは、1911年にラウス肉腫ウイルス（RSV）の発見に関する業績でノーベル賞を受賞しました。19世紀後半から20世紀初頭にかけて発見された他のウイルスは、神経障害、免疫不全、消耗、貧血などの他の病気に関連しており、これらもレトロウイルスであることが判明しました。当時の実験能力は限られていましたが、初期の動物研究では、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ました。

当時呼ばれていた2種類のRNA腫瘍ウイルスの違いが徐々に発見されました。最初のものは現在急性変換ウイルスと呼ばれ、鳥およびマウス肉腫ウイルスによって代表されます。これらのウイルスは比較的短期間で腫瘍形成を引き起こし、通常は1〜2週間で宿主を殺します。もう一つは非急性ウイルスと呼ばれ、病気を引き起こすのに時間がかかり、通常は白血病またはリンパ腫を引き起こします。

1950年代と1960年代は分子生物学の黄金時代であり、この時期にDNAの二重らせん構造が発見され、非常にシンプルでありながら強力な多くの方法が開発されました。核酸化学のツールと組み合わせることで、これらの方法は遺伝子構造、その調節メカニズム、遺伝情報がどのように表現されるかについての基本的な理解を提供します。これらの発見のほとんどは細菌の研究から生まれ、分子生物学の中心的教義—細胞の遺伝情報はDNAの形で符号化され、保存され、RNAを経てタンパク質に不可逆的に流れる—に至りました。第二に、生物学の基本的な統一性、「E. coliに当てはまることは象に当てはまる」というのが当時のマントラでした。しかし、当時のこれらの信念は1970年代中頃に突然変わりました。

癌遺伝子の発見における逆転写酵素

レトロウイルスRTは癌遺伝子の発見において重要な役割を果たします。ウイルス粒子中のRTの存在は、ウイルス関連配列の分子プローブを作成するために利用でき、ウイルス複製の監視に役立ちます。RT反応（ウイルス粒子中の天然ウイルスRNAの複製または精製されたRTによるmRNAのコピー）では、アクチノマイシンDはRNAテンプレートからのDNA合成を妨げませんが、DNA複製を防ぎます。したがって、アクチノマイシンDが存在する場合、得られる産物はテンプレートRNAに対して相補的な一本鎖DNAです。アクチノマイシンDが存在しない場合、最終産物は二本鎖DNAです。このようにして作成されたプローブは、ウイルス癌遺伝子の細胞起源を発見するために分子クローニングの数日前に使用されました。

逆転写酵素とテロメラーゼ

フランシス・クリックは当時、RTの活動は中心的教義と本当に矛盾しないと述べたレビューを書きました。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であると考えられていましたが、後に逆転写が細胞テロメラーゼの基礎であることがわかりました。テロメラーゼは、ヘキサヌクレオチドリピートのタンデムコピーを生成することによって染色体の端（テロメア）を維持する役割を持つ多タンパク質複合体です。テロメラーゼの主要な構成要素は、テロメラーゼ逆転写酵素（TERT）とテロメラーゼRNAです。テロメラーゼは、テロメアDNAのラギングストランドを6ヌクレオチドずつ周期的に延長することによってテロメアリピートを生成し、TERTはテロメラーゼRNAをテンプレートとして使用します。したがって、細胞内の基本的なプロセスはすべてRTの使用を含んでいます。細胞RTが元々ウイルスRTから派生した可能性があり、その逆もまた真である可能性があります。