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染色体






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DNA

遺伝子

核酸

ユビキチン

活性酸素






染色体転座
染色体転座
  • 染色体が切断され、別の染色体にくっつくのが、染色体転座。
  • 不妊や流産・ガンなどを引き起こすとされている。

  • 2010年、滋賀県立成人病センター研究所の植村宗弘主査と木下和生専門研究員らは、蛍光タンパク質を使って染色体の一部がつなぎ換わる現象を簡単に見つける手法を開発した。
    染色体が別の染色体と交差してつなぎ換わる染色体転座が原因となるガンなどの仕組みの解明につながる。
    成果はプロスワン(電子版)に掲載。

  • 染色体転座は慢性骨髄性白血病などの原因になるとされる。
  • 転座を実験で再現するのはDNA(デオキシリボ核酸)を1本づつ組みたてるため難しく、転座した細胞を探すのも困難だった。
    新しい手法は赤と緑の2本1組の蛍光タンパク質を目印に使う。これらを交差させて最初は蛍光しないようにしておく。酵素を使って調べたい細胞でつなぎ換わりを促進し、転座が起きた細胞でのみ目印のタンパク質が元の状態に戻って赤や緑が発行する仕組み仕組み。
    光る細胞の場所や割合が容易に見つかり転座の起きやすさが分かる。

染色体の入れ替わり
  • 2013年、染色体転座が起きる仕組みを藤田保健衛生大学の研究チームが解明した。

  • 染色体転座が体細胞で起きるとガンや白血病、精子や卵子で起きると不妊や流産が起きるとされている。

  • 研究チームは、精子で起こる染色体転座で最も頻度が高い11番と22番染色体に注目。
  • この転座の切断点には特殊なDNA配列があり、DNAの通常の二重らせん構造とは違う「十字型」の構造が生じるという。
  • この十字型DNAを培養細胞内に導入すると、本来はDNAを修復するために働く酵素が謝って十字型DNAを切断し、11番と22番の染色体を修復しようと間違ってつなぎなおすことで染色体転座が起きることが分かった。












2002年、科学技術振興事業団のチームは、染色体上で遺伝子の働く領域と、働かない末端の領域を区切る仕組みを解明した。通常眠っている遺伝子を働かせるなどして悪影響を及ぼす内分泌撹乱物質(環境ホルモン)の作用を防ぐ手法の開発に役立つ。染色体の末端部細胞の寿命とも深く関わるため、老化やガン化の解明にもつながると期待されている。
堀越正美・東京大学分子細胞生物学研究所助教授らが着目したのは、染色体の末端にあり、細胞分裂のたびに短くなるテロメアと呼ぶ領域。
酵母を使った実験で『Sas2』という酵素の機能を抑えると、テロメアから離れた通常の染色体領域で、遺伝子を働かないようにする凝縮という現象が起きた。
一方、『Sas2』の働きを阻害すると、テロメア付近で起きるはずの凝縮は起きなくなった。
『Sas2』は染色体にアセチル基という分子を結合して凝縮を防ぎ、『S1r2』はアセチル基を取り除く作用を持つ。
2つの酵素のバランスによって凝縮の起きる範囲が決まり、テロメア部分の遺伝子の働きが低下。他の領域に影響が広がらないことが分かった。
今回分かった仕組みはヒトにも共通するという。」







2002年、米カリフォルニア大学サンフランシスコ校の研究チームは、遺伝子の働きを制御する新たな物質を発見した。染色体をほぐし遺伝子を働かせる役目を持つ酵素を制御する。
細胞が熱や化学物質などに対応して防御する仕組みの解明に役立つ。
部生物の酵母で信号伝達にかかわる分子イノシトールポリリン酸が、染色体をほぐす酵素の働きを制御しているのを発見した。」










ほ乳類でオスであることを決定する役割を持つY染色体の遺伝情報を、チンパンジーとヒトで比べたところ、その違いは1.78%であることが理化学研究所の研究で判明。
成果は2006年1/2のネイチャージェネティクスに掲載。
Y染色体はオスだけが持ち、祖先から父、父から息子へと受け継がれる。研究チームは京都大学霊長類研究所のオスのチンパンジー「ゴン」のY染色体のDNAの塩基配列を解読して、ヒトのY染色体と比べた。
違いは1.78%で、すべての染色体の遺伝情報の違い(1.23%)より大きく、Y染色体が他の染色体に比べて進化速度が早いことが明らかになった。
また、人間とチンパンジーが約500年前に祖先から枝分かれした後に人間だけが獲得した免疫関連の遺伝子も見つかった。







働き解明
「東京大学の渡辺嘉典教授のチームは、染色体が凝縮している領域『ヘテロクロマチン』の働きを解明した。染色体は2本が中央でローマ字の[X]状に接着した形になっており、正常な分裂にはこの接着が重要になってくる。
ヘテロクロマチンはこの接着を守るタンパク質を呼び寄せていたことが分かった。
渡辺教授らは酵母を使い、ヘテロクロマチンの近くに存在するタンパク質を選んで直接くっつくタンパク質を見つけ、ヘテロクロマチンがそのタンパク質を[X]状の染色体の中央部に存在させることを見つけた。
染色体のヘテロクロマチン領域は、DNA(デオキシリボ核酸)がタンパク質に巻き付いて凝縮しており、転写・翻訳され無い。ただ、生殖細胞が出来るときの減数分裂時などにこの中央部分を目印に分裂が起きる。21番染色体が3本ある[ダウン症]などは、分裂時の染色体の分配がうまくいかないことに原因があるとされる。」
「クロマチン」はDNAとタンパク質の複合体。




2008年12/24、理化学研究所は細胞内部の三次元構造を調べられる顕微鏡を開発したと発表。
SPring-8から出る「コヒーレント・エックス線」を使うもので、このエックス線を細胞などに当てて、散乱される様子をコンピュータで分析し、内部の立体構造を再現できる。
実験で人の細胞内にある染色体の形を調べることに成功した。染色体が規則的に曲がりくねった様子や、一部に電子がたくさん集まっている様子を突き止めた。

分裂の中心位置決定
2010年、東京大学の渡辺嘉典教授らは、染色体が分裂するときの中心となる場所が決まる仕組みを解明した。
2種類の酵素が中心から均等に分かれるように調整していた。
細胞が分裂するとき、染色体も分裂して2つの新しい細胞に分かれる。このとき、染色体の中心付近に「オ-ロラキナーゼ複合体」というタンパク質の複合体ができ、染色体が均等にぶんんぱいされるように調整している。
酵母を使った実験では、染色体に含まれるタンパク質の「ヒストン」がリン酸化された場所にオーロラキナーゼ複合体ができることが分かった。
2種類のリン酸化酵素が働いており、両方の酵素が働く場所が分裂の中心になった。
ヒトの培養細胞でも同様の仕組みが働いていた。

の仕組み解明
2011年、東京大学の渡辺嘉典教授らは、体内の細胞が分裂して増える際の染色体分配の詳しいメカニズムを突き止めた。
複製された染色体は、細胞の両側から伸びた糸状タンパク質により引っ張られ均等に分配されるが、「コンデシン」というタンパク質が状態を変え、糸が引っ張られる部分などを固く変化させていた。
分配ミスで起こる細胞のガン化やダウン症などの解明に役立つ成果という。
細胞分裂の際には染色体がまるごとコピーされ、2つの細胞に均等に分かれ、受け継がれる。糸状タンパク質が引っ張りやすいように、コンデシンが染色体を一時的に固くしていることは知られていた。
研究チームは酵母や人の細胞を使って実験。コンデシンが働く際には、酵素によって「リン酸化」という変化を起こすことを突き止めた。
染色体では、まず糸が結合する「動原体」が固くなり、引っ張られ始めた直後に「腕部」と呼ばれる箇所が固くなって縮む。コンデシンは動原体と腕部に別々のタンパク質によって導かれていた。
また、コンデシンの結合相手は、染色体のDNAが巻き付いているタンパク質複合体ヒストンの「H2A」という部分だった。



2011年、人の染色体の中心部分の構造を早稲田大学理工学術院の胡桃坂仁志教授と立和博昭助教らが世界で始めて解明した。
中心部分は、細胞が分裂するときに染色体分離の要の部位。
ダウン症やターナー症候群などの関連が深い部分。
成果は7/11ネイチャー(電子版)に掲載。
構造を解明した部分は、染色体の中央にあるくびれ部分で「セントロメア」と呼ばれる領域の基本構造。
セントロメアを構成するタンパク質が少ないため、人の染色体から精製して解析することが出来なかった。研究チームは、セントロメアを構成する4種類のタンパク質に注目、遺伝仕組み換え技術で大腸菌に人工的に作らせ、DNAと一緒に試験管内で反応させた。できた結晶をSPring-8で解析した。
人の染色体はセントロメアのくびれに紡錘糸がくっつき2つに分離されて、細胞分裂が進む、これまで染色体の末端「テロメア」の構造は分かっていたが、セントロメアは不明だった。


の束ね方は・・・不規則
2012年、染色体は規則正しく束ねられているとする通説を覆す成果を、国立遺伝学研究所がまとめた。
いい加減に束ねると、より小さなエネルギーで染色体を作ることができるという。
成果は欧州の科学誌エンボ・ジャーナルに掲載

ヒトの細胞には、つなぎ合わせると2bにもなるDNAが含まれる

DNAは糸巻きのようにタンパク質を巻き付け、らせん状に折りたたまれて直径約30ナノbの「クロマチン線維」ができる。
さらにクロマチン線維は規則的に束ねられて染色体を形づくっていると考えられていた。
ところが遺伝研の前島一博教授らがSPring-8でX線分析すると、染色体にはこうした規則的な構造が存在しないことが分かった。




染色体異常の原因を解明
酵素の働きが低下する
  • 2016年、がん研究会がん研究所の広田亨部長らは、進行がんに共通する染色体異常を持ったガン細胞ができる原因を突き止めた。
  • 正常な細胞に比べて、ガン細胞は盛んに細胞分裂し、増殖する。
  • 細胞分裂する際に、それぞれの細胞に染色体を配している。
  • 正常細胞の場合、染色体数は46本。
  • しかし、進行がんでは、染色体の分配がうまくいかず、染色体数がそれぞれの細胞で異なる。
  • その結果、さまざまなガン細胞ができる。
  • 染色体の分配異常は、染色体を分ける微小管と動原体の結合に誤りが生じて起きる。
  • 正常細胞ではリン酸化酵素「オーロラB」が働いて誤った結合を切るため、染色体数の異常は起きない。
  • ガン細胞ではオーロラBの働きが落ちているという。
  • 広田部長らは実験で、オーロラBが正確に働くには「HP1」という分子が結合する必要があることを突き止めた。







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