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デオキシリボ核酸
(DNA)






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cDNA

遺伝子

染色体

核酸

メチル化(DNAメチレーション)

GPCR(ヒトGタンパク共役型受容体)





DNAdeoxyribonucleic acid)
デオキシリボ核酸
  1. タンパク質を作る情報を担っている化学物質。
  2. デオキシリボースと呼ばれる炭素数5の単糖(五炭糖)とリン酸基(PO43−)が交互につながってできた鎖上の糖にアデニン・グアニン・シトシン・チミンの四つの塩基のどれかがくっついて長い鎖になる。
    その鎖ともう一本の鎖の塩基同士が水素結合でつながり、螺旋階段状になっている。
    「ねじれた縄梯子のような二重螺旋構造をしています。
    その縄梯子の部分は4種類の塩基と呼ばれる小さな分子でできていて、その配列そのものが、細胞から細胞へ、親から子へ遺伝する情報そのものです。しかもその情報の多くの部分があらゆる生物に共通であることが分かりました。



二重螺旋
  • 二重螺旋は
      ・アデニン(A)
      ・チミン(T)
      ・グアニン(G)
      ・シトシン(C)
    という4つの塩基分子の配列で、生命の設計図を作り上げています。        
    暗号文字(塩基) 大きさ 高さ
    アデニン(A) 高い
    チミン (T)
    グアニン(G) 低い
    シトシン(C)
    走査型トンネル顕微鏡で見たDNA
    人間の場合DNAの長さは2メートルもあり、約31億の塩基配列があります。この全情報をゲノムと呼んでいます。
     生物の設計図を作っているDNAは、人間とほかの生物がどれだけ似ていてどれだけ違うのかを明確にする目安にもなる。たとえば500万年前に分かれたとされるチンパンジーと人間の遺伝子配列の差はわずかに1.23%にすぎないことが明らかになりました。またネズミと人間では遺伝子の80%は共通で全く異なる遺伝子は約1%しかないことがわかってきました。


折りたたみ
  • 長さ2メートルもあるDNAが細胞核内にうまく納まる仕組みを解明する手掛かりを自然科学研究機構・基礎生物学研究所の堀内蒿教授と定塚勝樹助教のチームが突き止めた。
    成果は2009年モレキュラーセルに掲載。
    研究チームは酵母細胞の中野直径1µmの核の構造を調べた。
    DNAの中に特殊な塩基配列が繰り返し現れており、この配列がタンパク質の複合体と結合していることが分かった。

隕石衝突がDNAの起源?
  • 2015年、東北大学、広島大学のチームが報告。
  • 鉄や水、アンモニアなどの無機物を封入したカプセルに、秒速1`で飛ばした金属をぶつけ、衝撃によって反応を起こさせた。
  • カプセルの中には、二酸化炭素が海に溶けて生じる「重炭酸」を加え、海に隕石が衝突した条件に近づけ実験した。
  • 分析の結果、DNAやリボ核酸(RNA)を構成する塩基のシトシンなどができていた。
  • タンパク質の成分であるアミノ酸も9種類が合成されていた。





ヒトの細胞のDNAとRNAの含有量
細胞 DNA
(pg/細胞)
RNA
(pg/細胞)
0.68 2.63
骨髄 0.87 0.69
腎臓 0.83 1.10
肝臓 1.0 2.48
白血球 0.73 0.25
精子 0.31 0.24
1pg=1兆/1c  「数値でみる生物学」丸善 p204











DNA修復・・・DNA切断を修復
切れたDNAを接合・修復するタンパク質
  • 「東京大学医科学研究所の池田日出男教授は、遺伝子の本体であるDNAが放射線などで切れてしまったときに、元通り結びつける『のり』の役割を果たす新しいタンパク質を発見した。この修復タンパクがガンや遺伝病の発病にも関係していると考えられ、こうした病気の解明や治療法解明にもつながる成果だ。
     池田教授はこの物質を酵母で見つけた。
    酵母の中に切断した遺伝子の断片を入れてどのように修復が進む調べた。その結果、5種類のタンパク質がDNAの断片にくっつきのりのように働いて、2本にちぎれたDNA断片を1本に戻していることが分かった。
     この5つのタンパク質の中には、細胞の寿命を決めるとされる染色体の末端(テロメア)がすり減る現象に関係するタンパク質も含まれていた。
     DNAは放射線や活性酸素などの影響を受けて日常的に切断と修復を繰り返しており、何らかの原因で修復に失敗するとガンなどの病気につながるとみられる。
     修復タンパクは過去にマウスで見つかった例があり、池田教授は酵母で見つけた今回のタンパク質と同様の物質が人間にもあるとみている。
    RuvBL1/2

タンパク質が修復
  • 武田俊一・京都大学教授とオーストラリア・イギリスなどの研究チームは、染色体の壊れたDNAを修復するタンパク質を見つけた。
    放射線が当たってDNAが切断されると『SSB1』というタンパク質が働くのを突き止めた。成果はネイチャー電子版に掲載。

TDGチミンDNAグルコシラーゼ
  • 京都大学の白川昌宏教授らのチームは、DNA(デオキシリボ核酸)の損傷を修復するタンパク質の1つが自ら変形しながら機能を切り替えていくことを突き止めた。
  • 2005年6/16のネイチャーに掲載。
    1種類のタンパク質が多彩な機能を発揮する仕組みの解明に役立つ成果。
    紫外線や活性酸素などによって壊れたDNAを切り取る働きのあるタンパク質TDG』を調べた。
    SUMOと呼ぶ別のタンパク質と結合し、立体構造を大きく変化する。
    角のような突起を現し、修復が終わったDNAをはじき飛ばしていた。DNAを外すのに新たな構造を作り出したという。
    TDGはDNAにとりついて修復する。修復した後も次に働くタンパク質が来るまでは患部に張り付いている。どのような仕組みでDNAから離れ、次のタンパク質に受け渡しているのかが不明だった。
    体内のタンパク質はしゅるいが限られる割には、多くの働きをこなす。構造の変化でいくつもの機能を切り替えるお考えると、説明が付く可能性がある。

コヒーシン・・・修復タンパク質
  1. 「東京工業大学の白髭克彦教授とスウェーデンのカロリンスカ研究所のチームは、細胞分裂の際に損傷したDNAを修復する新たなタンパク質を発見。細胞のガン化や老化の仕組みに関連していると見られる。
    細胞分裂の過程では、まず核内にある同じ染色体同士が重なり合うようにくっつく。この接着を担うタンパク質として知られていた『コヒーシン』がDNAの修復にも重要な役割を果たしていることを見つけた。
    接着した染色体のどちらかのDNAに損傷があると、損傷部位にコヒーシンが結合し、細胞に損傷を知らせる。すると、細胞分裂の進行が一旦停止し、正常な染色体を鋳型にして正しいDNAが作られ、損傷したDNAと置き換わる。
    実験は酵母細胞で行ったが、ヒトの細胞でも同じ現象が起きていると見られる。
    先天的にコヒーシンが作れないと、ある種の先天性疾患になることが分かっている。

OTUB1
  • 2010年、慶應義塾大学の中田慎一郎特別研究講師らと産業技術総合研究所などのチームは、傷ついたDNAの修復を制御する新たなタンパク質を突き止めた。
  • 必要なときにだけ修復機能が働くようにしていた。
  • 成果は、8/19のネイチャーに掲載。
  • 研究チームは、ヒトの培養細胞で、細胞内の情報伝達などに働く酵素である「OTUB1」に注目した。
    1. DNAがキズついて切断されると、切断部分に「ユビキチン」というタンパク質が多数くっつき、ユビキチンを目印にしてDNA修復機能が働き出すことが知られている。
    2. OTUB1は、ふだんはDNAにユビキチンをつなげる酵素に結合して働きを抑え、DNAの修復機能を止めていることが分かった。
  • DNAがキズついた時にOTUB1の働きが弱まることで、DNAの修復機能が働き始めるという。実験的にOTUB1の働きを抑えた細胞では、DNAの修復が活発に起こることも確かめた。

ACF1複合体
  • 2011年、東北大学の安井明教授らは、細胞のDNAが切断されたとき修復に働く新しいタンパク質を突き止めた。
  • 成果は米専門誌モレキュラー・セル(電子版)に掲載。
  • ヒトの培養細胞のDNAを実験的に切断し、切断部位に集まるタンパク質を調べた。その中から、細胞分裂の際にDNAの複製にかかわる「ACF1複合体」に着目。
  • ACF1複合体を無くした細胞では、DNAの切断部位を修復できないことを確認した。
  • これまでDNA切断の修復には「KU70」「KU80」という2つのタンパク質が関わっていることが知られていた。
  • ACF1複合体はDNAの切断部位を見つけて速やかに結合し、2つのKUタンパク質(KU70・KU80)を呼び寄せる働きをしていることが分かった。
  • 実際のガン細胞の中から、ACF1複合体を作るタンパク質の一部が正しく作れない細胞も見つけた。

植物・・・・
  • 2011年、動物は損傷した細胞を細胞死させるが、植物は細胞分裂を止めることで影響の広がりを抑えていることを、梅田正明・奈良先端科学技術大学院大学教授らが見つけた。
  • 植物がDNAが損傷した細胞を修復するメカニズムは不明だった。








ヒトなどほ乳類が持つDNAの7割以上の部分が生命維持に不可欠な役割を担っていることを、理化学研究所など11カ国の共同チームがまとめた。これまではDNAの7割以上が役割を持たない無意味なものと考えられてきたが、この通説を覆す成果。2005年9/2付けのサイエンスに掲載。
DNA(デオキシリボ核酸)はところどころにタンパク質の設計情報が書き込まれている。
DNAからRNAが作られ、タンパク質が合成される。
これまでRNAはタンパク質の設計情報を伝え、材料のアミノ酸を運ぶ仲介役として考えられており、DNAの約3割の部分で作られていることしか確認できていなかった。
研究グループはマウスを中心に、RNAを高感度で分析。RNAがDNAの7割以上から作られていることを突き止めた。さらに全RNA53000種のうち、タンパク質に設計情報を持つものは57%にすぎず、設計情報は持たないが、タンンパク質の合成を調節する別のタイプのRNAが43%も存在することを発見した。
RNAはこれまで100種類ぐらいしか見つかっていなかった。研究を主導した理研の林崎良英プロジェクトディレクターは、大航海時代の新大陸発見にたとえて「RNAの新大陸を発見できた」と語る。




DNAは電気を通すことで知られ、電子材料やコンピューター素子に応用が期待されている。
東京大学のグループがDNAを人工的に作製し、二重螺旋構造の中に2種類の金属イオンを最大20個、ねらい通りの順番に閉じこめることに成功した。2006年11/27のネイチャーナノテクノロジーに掲載。
DNAの二重螺旋構造の内側ではアデニンやグアニンなど4種類の塩基が相互に結合している。東大の塩谷教授らはアデニンのかわりに特定の金属と結合しやすいように設計した人工的な塩基ならなるDNAを作製。1本づつバラバラにして金属が溶けた水溶液に入れると、銅と水銀のイオンを内側に閉じこめる形で螺旋構造が完成した。




ヒトの遺伝子(約2万5千)が互いにジャマをせず正しく働くのに必要なタンパク質『コヒーシン』を白髭克彦・東京工業大学教授らが突き止めた
三菱総合研究所やオーストラリアのIMP研究所(分子病理学研究所)等との共同研究成果で、2008年1/31のネイチャー電子版に発表。
発見したのはリング状をしたタンパク質『コヒーシン』。
DNAには転写を促進したり抑制したりする制御配列があるが、コヒーシンはDNA鎖を区画分けして制御配列の働きを限定していた。
遺伝子が周囲の環境に影響されずに機能を発揮できるのは、このため。
これまでは、細胞分裂の際にDNAの分配をコヒーシンが助けることが知られていた。
研究チームによると、人間のDNA上にはコヒーシンが作る区画が約13千カ所あるという。」





医薬用の人工DNA
2010年、福井大学や国立感染症研究所などは、薬として有望なDNAを開発した。、ウイルスや差KJ院のゲノムの一部をまねて合成した人工DNAで、鼻や皮膚に塗布して感染症ワクチンの免疫増強剤(アジュバンド)やアレルギー治療薬になる。
開発したのは福井大学医学部の伊保澄子助教と感染研の前山順一主任研究官ら。ウイルスや再帰のゲノムで共通な塩基配列に着目。グアニンという塩基を数個連ねて、DNAの断片(オリゴDNA)を合成した。
人為的に起こしATアレルギー反応で耳が腫れたマウスに、抗原と一緒に合成したオリゴDNAを耳に注射した。その結果、腫れが引いて耳がやや薄くなったマウスが多かった。
血液を調べたところ、オリゴDNAを一緒に注射したマウスではアレルギー反応が起きていることを示す抗体(IgE)が少なかった。

(gold)
2重螺旋
2009年、米アリゾナ州立大学のチームはナノサイズの金の微粒子を使って、DNAの二重螺旋構造を作る技術を開発した。塩基が1本鎖に並んだ状態で金粒子を加えると金の大きさに応じて螺旋状に集まる事を突き止めた。
鎖状につながった塩基が入った溶液に直径5ナノbと直径10ナノbの金粒子を混ぜ、生物が持つ二重らせん構造のDNAを人工的に作ることに成功した。
金粒子は鎖状のDNA同士を弧状にくっつける性質は以前から知られていた。
研究チームは金粒子の大きさの違いによって鎖状のDNAの動きが変わることを見つけ、作製に成功した。
3重
/4重
2009年、二重らせん構造をしているDNAだが、細胞内ではその一部が三重らせんや四重らせんを形成している可能性があることを甲南大学先端生命工学研究所の杉本直己所長らが突き止めた。
細胞内には核酸やタンパク質・化合物などがギッシリと詰まっている。
杉本所長らは、ポリエチレングルコールなど分子量の異なる複数の高分子を使って試験管内で実際の細胞内に近い環境を作り、詳しく調べた。
その結果、二重らせん構造だと、従来の試験管内より大幅に不安定になるのが分かった。逆に、三重や四重らせん構造は安定していた。
ジャンクション構造
2009年、甲南大学の杉本直己先端生命工学研究所長と三好大輔准教授らは、2重螺旋構造のDNAが細胞内では2重らせん構造が2個連結した「ジャンクション構造」も一部でとっている可能性が高いことを突き止めた。
従来の試験管内実験では水が主な成分となり、細胞内の高密度な環境を再現するのは難しい。そこで、ポリエチレングリコールなどの高分子を使って、実際の細胞の内部状態に近い環境を試験管内に再現した。
その結果、2重らせん構造が従来の試験管内より不安定になるのが分かった。逆に二重螺旋同士が高速道路のジャンクションのように連結した構造になると、通常の2重螺旋より安定していた。DNAの形の変化には、水の分子が深く関わっていた。



3対
2009年、3つ以下の塩基対からなるDNAの二重鎖を世界で初めて作製することに藤田誠・東京大学教授らのチームが成功した。
成果は2/22のネイチャー・ケミストリー電子版に掲載。
塩基の数が少なくなると結合力が弱くなるため、細胞内にある短いDNAはこれまで作ることができなかった。
生物の細胞内ではDNAは塩基のペアが多数連なり二重鎖構造になっている。塩基対が数十〜数万つながった人工DNAは比較的簡単に作成可能だが、三塩基対以下の短いものは作れなかった。
短いDNAはDNAの複製や遺伝子がタンパク質を作る際に働く。
研究チームは有機化合物でできたナノサイズのかご状構造物を作り、その中で塩基対を結合させて、短いDNAを作ることに成功した。かご状構造物は高さ0.6ナノb、底面直径2ナノb程度の空間で、塩基が1〜3対入る。
かごの中は水素結合が強く作用する状態で、三対以下の塩基でも安定して結びつき二重鎖になった。
DNA複製機序の解明に役立つ。
一塩基対のDNA異常で発生するガンの診断・分析に役立つ。



世界で収集
全米地理協会が、世界に住む人々からDNAサンプルを集めて大昔の人類の移住ルートを探る研究に取り組んでいる。
研究のネライは、アフリカで生まれた人類が、どんなルートで世界に広がったかを明らかにする。収集数は約35万人分と、十分なサンプル数に近づきつつあると、リーダーのスペンサー・ウエルズ博士は語る。




DNA鑑定
法医学分野に応用
  • 2010年、近畿大学は、ごくわずかな量のDNAがあれば、100%近い確率で本人や親子関係の鑑定ができる最新の解析システムを本格稼働させた。
  • 警察・司法当局と連携し、身元不明者や犯罪など鑑定向けに年間100例程度を解析する。巽信二教授は「冤罪防止や未解決事件の捜査に役立つはず」という。
  • システムは米国製。
  • 日本でもガン研究などで一部使われているが、法医学分野に適用した例は無かった。
  • FBI(米連邦捜査局)はDNA鑑定に利用している。
  • DNA配列には微妙な個人差であるSNP(一塩基多型)が多数存在。
  • 照合するSNP数が47個あれば、他人と誤認する確率が5兆に1人という高精度で、正確に個人を特定できる。
  • DNAの量は1ナノ(1/10億)cあればよく、従来難しかった数十年間保管して劣化した遺留品からも鑑定できるという。
  • 1日で解析できるという。
  • 費用は、1回約5万円
  • 4月から約10件の身元不明遺体の鑑定に使い、効果が出ている。







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