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エピゲノム



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エピゲノム
エピゲノム
  • DNAの塩基配列情報をゲノムと呼ぶのに対し、そのゲノムに施されたそれ以外の情報をエピゲノムと呼びます。

  • 遺伝子の配列情報とは異なり、環境などによって後天的に変化するのがエピゲノム。
  • エピゲノムの1つにDNAにメチル基という小さな分子がくっつく「DNAメチル化」がある。
  1. DNAに刻まれたゲノム(全遺伝情報)から生命活動に必要な情報を引き出す仕組み。DNAの塩基配列情報をゲノムと呼ぶのに対し、そのゲノムに施されたそれ以外の情報をエピゲノムと呼びます。
  2. DNAはヒストンというタンパクに巻きつけられて圧縮されて核内に収納されていますが、そのDNAやヒストンにメチル化・アセチル化という修飾が入ります。
  3. 遺伝子の塩基配列は同じでも、「オン」「オフ」を担うエピゲノムが環境によって変わることが分かった。
  4. 2004年カナダのグループが生まれたばかりのラットの赤ちゃんを母親から引き離してストレスを与えた環境で育てた結果。赤ちゃんラットの脳を調べると、ストレス耐性遺伝子に本来はつかないメチル基がくっつき、遺伝子が「オフ」になていた。このラットはいつも不安げで、新しいものに興味を示さない。その遺伝子の変化は老齢になるまで続いた。
  5. エピゲノムに異変が起きるとなかなか元に戻らない。


ガン
細胞でエピゲノムの異常が起きている
  • 2010年、京都大学iPS細胞研究所の山田泰広教授は岐阜大学と共同で、ガン細胞で起きているエピゲノム(後天的な遺伝子制御)の異常を制御すると、細胞増殖が止まることを突き止めた。
    • エピゲノムは生まれた後から起きる後天的な遺伝子の変化。
    • 生物の設計図であるゲノムの働きが微妙に変化する現象。
    • 塩基配列はそのままで、先天的な性質とも異なる。
    • ウイルス感染のほか、慢性的な炎症や喫煙など生活習慣でも遺伝子の違いが起きる現象。
    • エピゲノムは、遺伝子配列によらずに遺伝子の働きを制御する仕組み。
    • ある細胞内に起こっているDNAメチル化、ヒストン修飾すべてのことを指す。
  • 研究チームは、ガン細胞でエピゲノムの異常が起きていることに着目。
  • 大腸ガンのモデルマウスで実験した。エピゲノムの1つである「メチル化」という化学反応が起きた際に、それを維持する遺伝子の働きを人工的に止めると、ガン細胞の性質が変化した。通常のガン細胞は未分化状態を保って増殖するが、実験では分化が促進され、正常細胞と同様に増殖が止まった。
  • メチル化を制御すると、ガン細胞の増殖を抑えられることが分かった。
  • ガン細胞では特定個所でメチル化が高まっている。これを抑えた結果、増殖しにくくなった可能性がある。






大腸ガンを早期発見
  • 2013年、東京大学医科学研究所の今井浩三教授と札幌医科大学の枢z気拓教授らは、大腸ガンを早期発見する技術を開発した。
  • 生活習慣などで遺伝子の働きが変化する「エピゲノム」と呼び現象を利用する。
  • 約320人を調べたところ、8〜9割の精度で大腸ガンの有無を判定出来た。
  • まもなく臨床試験を始める
  • 研究チームは秋田赤十字病院と共同で大腸ガン患者の細胞を調べ、3種類のエピゲノムを見つけた。
    1. 異常が2カ所だと・・・約8割
    2. 異常が3カ所だと・・・約9割
  • の確率で大腸に出来た腫瘍がガンだった。
  • エピゲノムはゲノム(全遺伝情報)から生命活動に必要な情報を引き出す仕組み。

アルツハイマー病
  • 2013年、東京大学のチームはアルツハイマー病の発症メカニズムに遺伝子の働きで周辺環境などで変化する「エピゲノム」が関与していることを突き止めた。
  • 正常な人の脳組織薬70例と比較して、アミロイドβなど3つのタンパク質の遺伝子にエピゲノム的な異常があることを突き止めた。




遺伝子のスイッチ役であるエピゲノム
  • 2013年、エピゲノムを糖尿病や精神疾患などの治療に応用する研究がすすむ。
  • 遺伝子の働きを「オン」「オフ」にするエピゲノムが、加齢・ストレス・食生活などの影響を受けやすいことが分かってきた。
  • 高血糖状態が続くことで腎臓の機能が損なわれる糖尿病性腎症
  • 腎臓の細胞の特定遺伝子にブレーキ役の「メチル基」がくっつきにくくなることを、東京大学先端科学技術研究センターが突き止めた。
  • 藤田敏郎特任教授と丸茂丈史特任講師らは血糖値が高い糖尿病性腎症のモデルマウスを使って調べた。
  • 腎臓の細胞のDNAを調べたところ、腎機能を衰えさせる遺伝子に働きを止めるメチル基がくっついておらず、異常に働いていた。
  • 糖尿病のように血糖が増えることでメチル基が外れやすくなるとみている。


卓上装置で自動解析
  • 2013年、京都大学の中辻憲夫教授らは細胞の遺伝子の働きが周辺環境などで変化する「エピゲノム」を自動解析できる卓上装置を開発した。
  • エピゲノムは様々な細胞で起きていると考えられている。
  • 開発した装置は80p×70p×67p。
  • DNAの一部に分子がついたりはずれたりする「メチル化」や「脱メチル化」などエピゲノムの変化を調べることができる。
  • 解析誤差は約5%。

遺伝子の変化とそのゲノム領域を同時に検出
  • 2014年、筑波大学の村谷匡史准教授らは、病気の患者のごく微量の組織を使って、ガンなどの原因となる遺伝子の変化と、その変化を調節するゲノム領域を同時に検出する手法を開発した。
  • 病気の遺伝子の働きを調節する仕組みが、病気の進行に伴ってどう変化するかを調べることができるようになる。
  • 新手法はまず、
    1. 患者の組織約5mgから「ヒストンタンパク質」が結合したDNAを取り出す。
    2. 次に、化学物質がついて「メチル化」と呼ぶ変化がおきたヒストンタンパク質のDNAを1000倍以上にふやして解析する。
    3. 病気の原因とみられる遺伝子の異常な変化と、その変化を調節するゲノム領域を特定する。
    研究チームは5人の成人の胃がん組織を調べた。
  • 通常、胎児期にしか働かない遺伝子群が再び働いていた。それらの遺伝子群の異常な変化が、通常は使われないゲノム領域によって起きていることも分かった。
  • 村谷准教授は“健康な大人には不必要な遺伝子が異常に働いて、ガンの原因になっているのを示唆する結果だ”と語る。






(ヒストン)
細胞の性質を変える
  • DNAはヒストンというタンパクに巻きつけられて圧縮されて核内に収納されていますが、このヒストンの変化が細胞の性質を変える。
  • 大阪大学大学院生命機能研究科の木村宏准教授はメチル化ヒストンやアセチル化ヒルトンなど、様々な修飾型ヒストンの挙動をショウジョウバエの卵で追跡。

  • すると、受精卵で急激に遺伝子の活性が高まると、ヒストンの修飾が一変することが分かった。
  • iPS細胞への応用・・・将来、何にでもなるうる未分化な細胞(受精卵)から、特定の種類の細胞群へと分化し始める時期とも一致していた。
  • 未分化状態から分化に必要なヒストン修飾が明らかになれば、iPS細胞の研究が進む。
  • DNAはヒストンに巻き付いた「ヌクレオソーム」という構造をしている。DNAの巻きがゆるければ、他のタンパク質がアクセスしやすくなり遺伝子の活性は上がる。
  • 早稲田大学の胡桃坂教授はヒストンの種類が替わると立体構造が変化し、DNAの巻きの強さが変わることを突き止めた。







関連情報 エピジェネティクス 
DNA
メチル化
遺伝子
染色体
核酸
ユビキチン
活性酸素







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