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2018年2月21日 (水)

生殖細胞核と体細胞核への分化を決定しているのは機能不明配列か

ある種の真核単細胞生物は、細胞内に2つの異なる核(大核・小核)を持っている。
大核は個体として生きるために必要な遺伝子を発現しており、小核は減数分裂による遺伝子の組換えと次世代の大核形成を担っている。また、大核では機能不明配列を取り除いて活発に転写を行っているが、小核では大核で除かれた機能不明配列も維持して次世代に伝えている。
この機能不明配列こそが、大核と小核の役割分担を決定している可能性がある。また、外部環境に変化に対する適応可能性を生み出すために、生殖を担う小核ではすべてを維持していることも十分に考えられる。
◇ひとつの細胞の中のはたらく核と続く核リンク
<JT生命誌研究館>より
////////↓↓転載開始↓↓////////
1.ゲノム内の機能不明配列
 私たちヒトのゲノムの解析の結果、その95%が機能のわからない配列であることがわかった。ここにはトランスポゾン(註1)と呼ばれるゲノム上を移動できる反復配列などが含まれており、ゲノムはこれらを先祖から受け継ぎ、子孫に伝えているのである。私たちのからだの中で、世代を超えて遺伝情報を伝えることができるのは、生殖細胞と呼ばれる卵と精子だけであり、生殖細胞を運ぶのは、からだをつくり日々の生活を営む一代限りの体細胞である。
 真核単細胞生物であるテトラヒメナは、ひとつの細胞の中に2つの異なる核を持つことで、生殖と生きるための役割とを成し遂げている。私はテトラヒメナの2つの核に注目して、その違いを生み出すしくみを解き明かそうとしている。
註1:トランスポゾン
動く遺伝子として発見され、特定の配列をもち、ゲノム中で移動または増幅する配列で、同じ配列が多数コピー存在する反復配列である。機能は不明で生きるのに不要なガラクタ配列とも呼ばれるが、現在研究が進められている。
2.テトラヒメナの2つの異なる核
 テトラヒメナはゾウリムシの仲間の繊毛虫類に属する単細胞生物で、細胞の表面を覆う無数の繊毛を使って池の中を動き回る。私たちが実験に用いるテトラヒメナはアメリカのマサチューセッツ州、ウッズホールの池で1950年代に採取された個体に由来し、現在も世界中の研究者に使われている株である。テトラヒメナの2つの核は大きさが異なり、それぞれ大核と小核と呼ばれる(図1)。小核は、生殖系列の核として有性生殖の際にいわゆる減数分裂による遺伝子の組換えと次世代の大核の形成を担う。5本の染色体が維持する2倍体ゲノムに全ての遺伝情報をもち、転写が抑制されている。大核は、体細胞核(栄養核と呼ばれることもある)として生きるために必要な遺伝子を発現している。新たに形成されるときには小核のゲノムのもつ機能不明配列に当たる3分の1の領域が取り除かれ、残りを約45倍に増幅し多倍体となる。有性生殖の際には壊され、次世代の大核にその座を譲る。このようにテトラヒメナの小核と大核の特徴は、多細胞生物における生殖細胞と体細胞の違いに類似している。
~中略~
7.機能不明配列がつなぐ2つの核
 テトラヒメナでは、体細胞である大核のゲノムは、トランスポゾンなどの機能不明配列を取り除き、活発に転写している。一方で、大核で除かれた配列は、生殖核にあたる小核には維持されており、次世代に伝えるが転写は抑えられている。多細胞生物の発生では、受精卵のゲノムは遺伝子のオンオフを担うヒストン修飾や発現を抑制するヘテロクロマチン化などのエピジェネティックな印づけによって様々な体細胞へと分化する。単細胞で生きるテトラヒメナは、ヘテロクロマチン化によって使わない配列を抑制どころか除いてしまうという独自の方法で体細胞核を生み出す。また、機能不明配列は小核の染色体を安定に保つのに関わるとも言われる。そこで、そこにあるトランスポゾンが、実は2つの核で伝える役割とはたらく役割を分担する鍵として働いているのではないかと考えている。あらゆる生きもののゲノムがもつ機能が説明されていない領域に生命の堅固性を支える重要な機能が見つかるかもしれない。そのときを思いながら小さな単細胞生物テトラヒメナと向き合っている。
////////↑↑転載終了↑↑////////




稲依小石丸

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