DNAとは?(ゲノム入門第1回)

人間の体は60兆個の細胞でできています。細胞が何度も繰り返し分裂して新しくなることで、人は生まれ、生きていくことができます。そのためには、分裂するときに細胞の情報が正確に受け継がれなくてはなりません。細胞の情報は、遺伝子として細胞の中に蓄えられています。ここでは遺伝子について見ていきましょう。ちなみに、細胞が含む遺伝子全部のことをゲノムと言います。

遺伝子とは何でしょうか?遺伝子は細胞の中で働くタンパク質の設計図です。タンパク質は体の働きのほとんどを担う大変重要な物質なので、それを指定する遺伝子もとても重要なのですね。遺伝子はDNAという物質でできています。

DNAは、ビーズがたくさんついたネックレスのような構造をしています。遺伝子は、そのネックレスが2本、螺旋状にぐるぐる巻かれた構造(二重螺旋構造)でできています。各ビーズのことを生物学ではデオキシリボヌクレオチドといい、それは糖(デオキシリボース)とリン酸、塩基という物質でできています。塩基にはアデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)、チミン(T)の4種類があります。糖とリン酸はどれも共通なので、塩基の種類だけでビーズの種類が決まることになります。つまり、A,C,G,Tという4種類のビーズがあると考えればよいのです。遺伝情報は、そのビーズの配列(並び方)で表されています。AとT、GとCは水素結合を介して結合することができますが、二重螺旋構造は、2本のネックレスのAとT、CとGが対を作ってできています。

ただ、1つ不思議なことがあります。DNAは2 mもあるのに、直径たった5~8 nmの核という部分に収まっているのです。これは、テニスボールの中に40 kmのネックレスが収まっているのと同じ計算です。そのために、DNAはうまく折りたたまれなければならないのですが、これを助けるのがヒストンをはじめとしたタンパク質です。それらのタンパク質とDNAが作る構造体をクロマチンと言います。

クロマチンについてもう少し詳しく見てみましょう。DNAは、ヒストンタンパク質に巻きついています。DNAが巻きつくヒストンタンパク質は、8個が寄り集まって「樽」のような複合体を形成しています(ヒストン8量体と言います)。ヒストン8量体とそれに巻きつくDNAの1セットをヌクレオソームと言い、それがたくさん結合したものがクロマチンです。ヒストンはプラスの、DNAはマイナスの電気を帯びているので、ぎゅっと詰まって(凝縮して)います。しかし、ヒストンが化学的に修飾されて電荷が変われば、凝縮が解けることもあります。凝縮していれば外からタンパク質が近づきにくいのですが、凝縮が解ければタンパク質が近づきやすくなります。凝縮しているクロマチンをヘテロクロマチン、凝縮していないクロマチンをユークロマチンと言います。細胞は、ヒストンの修飾を介してクロマチンを凝縮させたり解いたりし、タンパク質の結合を調節することによって、遺伝子の発現を調節しています。生命のシステムはうまくできているのですね。



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