染色体の屋台骨、コンデンシンに迫る

このニュースリリースには、英語で提供されています。

細胞は、同じ遺伝情報を持つ2つの娘細胞へ分裂する前に、染色体上の長大な二本鎖DNAをほどき、DNAに刻まれている全ての遺伝情報の複製を行います。そして、複製されたDNA鎖は細胞分裂前に染色体の凝縮構造に納まる必要があります。この時、染色体の凝縮が正しく行われなければ、細胞の遺伝的欠陥や、がん細胞への突然変異を招く可能性があります。

建造物の建築には、まず安定した足場を組むことが必要とされます。これと同様に、細胞にも「生化学的機能を持つ足場」が存在し、複製されたDNAを染色体凝縮構造に組み直す役割を担っています。この度、ゲノム構造維持の基盤となるタンパク質が染色体DNA上のどの部分に結合しているかを、沖縄科学技術大学院大学（OIST）の研究チームが突き止めました。本研究成果は日本分子生物学会国際ジャーナルGenes to Cellsに掲載されました。

細胞が増殖する際に活性化される多くのタンパク質の1つが、コンデンシンと呼ばれるタンパク質複合体です。OISTのG0細胞ユニットの研究員らは、このコンデンシンが染色体DNAのどこに結合するのかを調べるため、分裂酵母を使って実験を行いました。分裂酵母は、人間と同じ遺伝子を多く有しており、ヒト細胞に存在する2種類のコンデンシンのうちの1つを持っています。細胞分裂や染色体の複製のしくみも、ヒト細胞と共通です。また、細胞周期が短い、すなわち分裂のスピードが速いのも、今回の研究で分裂酵母を用いるメリットとなりました。

OISTによる研究の結果、多くのコンデンシンは、染色体中央部で2つの複製された染色体DNAを繋ぎとめているセントロメアと呼ばれる部位に集中していることが分かりました。多くのがん細胞にはセントロメアの機能不全が見られます。これは、細胞の足場が正常に機能していないことも原因と考えられています。

リボ核酸（RNA）が作られる場所でもコンデンシンが数多く見られます。ヒトなどの多細胞生物の細胞では、3種類のRNA合成酵素が遺伝子の転写を司っています。つまり、コンデンシンは遺伝情報が正確に伝達されるために極めて重要な役割を果たしているのです。

また、コンデンシンは、過酷な環境下における遺伝子情報の保存にも関わっています。OISTの研究チームは、実験で温度をセ氏20度から36度に上げて9分間観察した結果、熱ショックタンパク質（HSP）遺伝子の周りにコンデンシンが集積しているのを確認しました。HSP遺伝子は、熱や紫外線等のストレスに細胞がさらされた際にゲノムの完全性を維持するため、つまり細胞を保護するために発現するタンパク質の一種です。

研究者らは、分裂酵母菌株を操作してコンデンシン変異体を作りだしました。この突然変異株では、複製された染色体が母細胞から娘細胞へと分配される際に極めて重大なエラーが生じます。その結果、突然変異細胞内のDNAの量が増加したり、細胞のサイズが大きくなる場合もあります。

細胞のサイズが肥大すると、生き延びるためにより多くのエネルギーを必要とします。このことからも、コンデンシンはDNA量や細胞の大きさを正常に保つために欠かせないタンパク質複合体であるとも考えられます。

染色体には、DNAとは異なる構造を持つRNAや結合タンパク質なども含まれています。染色体の構成要素が増えすぎると、それら全てを娘細胞核内に納めなくてはならないため、細胞全体が肥大化するのかもしれません。

「このようなRNAや結合タンパク質は母細胞にとって重要であると同時に、細胞分裂の過程では複製された染色体を娘細胞に正しく分配する際の障害にもなりえます」と、G0細胞ユニットの研究員で、論文の筆頭著者である中沢宜彦博士は説明します。

OISTの研究チームは、コンデンシンが染色体DNAの複製・分配時に障害となる分子を除去する「染色体の剪定」を行っていると推測しています。さらに、DNAの複製・分配時に切り払われた障害分子が、今度は必要に応じて娘細胞により再利用されるのかもしれないと考えています。

今後は、コンデンシンの働きに関与する生化学的仕組みについてさらに理解を深めていく必要があります。ヒトなどの多細胞生物には2種類のコンデンシンが存在します。G0細胞ユニットが重点的に研究を行っているのはそのうちの1つですが、このもう1つのコンデンシンが細胞分裂中にDNA上のどこに結合するかについては、今後の新たな研究テーマとして取り上げられるでしょう。

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