生物学者は、何が DNA を「ループ状」にするのかという新たな謎を解明します

MARCH 15, 2018

科学者たちは、DNA がどのようにループを形成し、細胞核内で包み込むのかについての別の鍵、つまり遺伝子発現に影響を与える可能性のある「パッキング」の正確な方法を発見しました。

サイエンス誌は、エモリー大学の生物学者らによる研究を発表し、ヘミメチル化として知られるプロセスが特定の方法で DNA をループさせる役割を果たしていることを示した。研究者らはまた、ヘミメチル化がこれまで考えられていたような偶然の間違いによるものではなく、意図的に維持され、ヒト細胞の世代を通じて受け継がれることも実証した。

「CTCFと呼ばれるタンパク質がDNA内でループを作るためには、ヘミメチル化されたDNAが近くにある必要があることが分かりました」と、研究を行ったエモリーの生物学者ビクター・コルセス氏は言う。 「ヘミメチル化された DNA に機能があることをこれまで誰も見たことがありませんでした。」

クロマチンは、DNA および RNA とともに、CTCF およびその他のタンパク質で構成されています。クロマチンの役割の 1 つは、DNA を折りたたんでよりコンパクトな形状にパッケージ化することです。この折り畳みプロセスが DNA を細胞核に適合させるために重要であるだけでなく、遺伝子が正常に発現されるか機能不全に陥るかにも役割を果たすことを示唆する証拠が増えています。

Corces 研究室はエピジェネティクスを専門としています。エピジェネティクスとは、DNA 配列の変化を伴わない、クロマチンの折り畳みを含む遺伝子機能の遺伝的変化の研究です。

たとえば、DNA メチル化では、二重らせんの両方の鎖の特定の塩基対の部位にメチル基を追加することで、DNA の活性を変更できます。このプロセスは、脱メチル化によって元に戻すことができます。

細胞が分裂すると、DNA のコピーが作成されます。そのためには、2 本の DNA 鎖のもつれをほどいて、切り離す必要があります。次に、各親鎖は娘鎖を複製します。

「細胞が分裂するとき、両方の鎖のメチル化を同じに保つことが重要です」とコルセス氏は言い、メチル化パターンの変化が癌や他の疾患に関連していると指摘する。

ヘミメチル化には、DNA らせんの一方の鎖にはメチル基が付加されますが、もう一方の鎖には付加されません。ヘミメチル化を観察している一部の研究者は、細胞が完全に複製して娘鎖を形成する前に、細胞分裂の直後にヘミメチル化を捉えているのではないかと仮説を立てています。別の理論は、ヘミメチル化はメチル化プロセスにおける偶然の間違いの結果であるというものでした。

Corces 研究室の博士研究員である Chenhuan Xu は、サイエンス論文の研究を行うために DNA メチローム マッピングの新しい実験方法を開発しました。これらの方法により、研究者らは細胞分裂前、細胞分裂中、細胞分裂後のヒト細胞の DNA ヘミメチル化をリアルタイムで観察することができました。彼らはまた、細胞が複製を続けるときにそれをマッピングしました。

「親のDNAがヘミメチル化されている場合、娘のDNAもゲノム内の同じ場所でヘミメチル化されています」とコルセス氏は言う。 「このプロセスはランダムではなく、細胞の世代から次の世代まで数週間にわたって維持されます。」

研究者らは、ヘミメチル化が CTCF (DNA をループに組織化するのに関与する主要なタンパク質) の結合部位の近くでのみ発生することを発見しました。 「ヘミメチル化を除去すれば、CTCF はループを形成しませんでした」と Corces 氏は言います。 「どういうわけか、ヘミメチル化によりCTCFがループを作ることが可能になっています。」

そして、CTCFがループを作るとき、それはDNA配列を前方に向かって先に結合することによってそうしていることを彼らは観察した。

「研究によると、一部の疾患はCTCF結合、つまりタンパク質自体の変異、またはタンパク質が結合するDNA配列の変異に関連していることが示唆されています」とコルセス教授は言う。 「これらのループがクロマチンの三次元組織にとっていかに重要であるか、そしてその組織が遺伝子発現にどのような影響を与えるかという話に戻ります。」

Reference : Biologists unravel another mystery of what makes DNA go 'loopy'
https://phys.org/news/2018-03-biologists-unravel-mystery-dna-loopy.html