科学者達は、人類の細胞内の新しいDNA構造を確認しました
科学者達は、人類の細胞内の新しいDNA構造を確認しました
(図 DNA Pixabay) (Fig.) アーティクル・イメージ
今年の初めに、科学者達は生きた細胞で今までに見られなかった新しいDNA構造の存在を確認しました。 そうです、二重螺旋(double helix)だけではありません。
生きた細胞でDNAの「ねじれた結び目(twisted knot)」と呼ばれるものの発見は、私達の複雑な遺伝子コードが、誰ものDNAに付随する二重螺旋構造だけでなく、より複雑な対称性で作られていることを確認しています。重要なことに、これらの分子変異体の形態は、私達の生物学がどのように機能するかに影響します。
発見された4月には、オーストラリアのガーバン医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)の抗体治療研究者、ダニエル・クライスト(Daniel Christ)氏は、「私達の大部分のDNAを考えると、二重螺旋が考えられる」と述べました。
「この新しい研究は、全く異なるDNA構造が存在し、私達の細胞にとって重要なものだろうことを思わせます。」
チームが特定したDNA組成は、1990年代に初めて研究者によって発見されたインターカレート・モチーフ(intercalated motif、iモチーフ)構造と呼ばれます。しかしこれまでは生きた細胞ではなく、生体外(vitro)で目撃されただけでした。[インターカレーションは、分子の集団が、他の分子の集団の間に入る構造]
クライスト氏のチームのおかげで、私達は今、iモチーフが人類の細胞に天然に存在することを知っています。これは以前に疑問を呈していましたが、実験室でのみ実証されていたものです。その構造の細胞生物学に対する意義が、研究者らからの新たな注目を要求することを意味します。
もしもあなたがDNA形状として唯一馴染んでいるのがワトソン(Watson)氏とクリック(Crick)氏によって有名になった二重螺旋ならば、インターカレートされたモチーフの構成が驚きになるかもしれません。
「iモチーフはDNAの4本鎖『結び目(knot)』です」と、共同研究をリードしたゲノム学者のマーセル・ディンガー(Marcel Dinger)氏は説明しました。
「結び目構造では、同じDNA鎖上のC [シトシン(cytosine)]文字が互いに結合します。これは反対の鎖上の「文字」がお互いを認識し、CsがGs[グアニン(guanines)]に結合する二重螺旋とはとても異なっています。
新しい研究の最初の著者であるガーバンズ(Garvan)のマッディ・ゼーラティ(Mahdi Zeraati)氏によれば、iモチーフは、次の多数のDNA構造のうちの1つに過ぎません。A-DNA、Z-DNA、3重鎖DNA (triplex DNA)および十字形DNA (Cruciform DNA)を含む、二重螺旋形をとらないものが、細胞内にも存在する可能性があります。
G-4重鎖(G-quadruplex)（G4）DNAと呼ばれる別の種類のDNA構造は、細胞内のG4を明らかにするために設計された抗体を使用し、2013年にヒト細胞の研究者によって初めて視覚化されました。
4月の研究では、ゼーラティ氏と仲間の研究者達は同じ種類の技術を採用しており、iモチーフを特異的に認識し結合できる抗体(antibody)フラグメント(iMabと呼ばれる)を開発しました。
そうすることで、それは免疫蛍光発光(immunofluorescent glow)で細胞内の位置をハイライトしました。
細胞の核内でiMab抗体（緑色）のイメージングにオーバーレイされたアーティストの印象表現。 クリス・ハマン(Chris Hammang）
「私達を最も興奮させたのは、私達は緑色の斑点、すなわちiモチーフが時間とともに現れて消えていくのを見られたので、私達はそれらが形成し、溶解し、再形成していることを知りました」と、ゼーラティ氏は述べました。
iモチーフの構造がどのように機能するかについてはまだ多くのことを学んでいますが、この知見は、一時的なiモチーフは、一般に、細胞の「ライフサイクル(life cycle)」の後期に形成されることを調査結果が示しています。 特に、DNAが積極的に「読み込まれている(read)」後期のG1期と呼ばれます。
iモチーフはまた、「プロモーター(promoter)」領域として知られているもの、それは遺伝子が入りまたは切りに切り替わるかどうかを制御するDNAの領域に現れる傾向があります。そしてテロメア(telomeres、末端小粒)においては、加齢に関連する遺伝的マーカーです。
「私達は、iモチーフの出入りは、それらが何をするかへの手掛かりだと考えています」と、ゼーラティ氏は述べます。
「遺伝子のスイッチを入れたり切ったり、遺伝子が積極的に読み込まれているかどうかに影響を与えるのに役立つと可能性が高そうです。」
今日では、この新しい形のDNAが細胞内に存在することを確実に知ることになり、研究者らはこれらの構造が私達の体内で何をしているのかを把握する必要があります。
セーラティ氏が説明しているように、iモチーフだけでなく、A-DNA、Z-DNA、3重鎖DNA、十字形DNAにおいても、その答えが本当に重要になる可能性があります。
「これらの代替DNAコンフォメーションは、細胞内のタンパク質がそれらの同族DNA配列を認識し、それらの調節機能を発揮するために重要かもしれません」と、ゼーラティ氏は、サイエンスアラート(ScienceAlert)誌に説明しました。
「故に、これらの構造の形成は、細胞が正常に機能するために最も重要であるかもしれません。そして、これらの構造における異常は、病的な結果をもたらすかもしれません。」
この発見はネイチャー・ケミストリー(Nature Chemistry)誌にレポートされています。
このストーリーのバージョンは、2018年4月に最初に出版されました。
----- 出典 -----
----- この記事を読んで -----
DNAは二重螺旋の構造を持つものが一般常識なのかと思いますが、DNAには種々の構造があるとのことです。そうした中で、iモチーフ構造がホットなもののようです。
DNAで頭に浮かぶことは、生命の設計図、病気や老化と不老不死、ミュータント、そして古代宇宙飛行士説、いろいろ考えさせられます。
----- パズルのピース -----
zzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jp
