COLUMN 2019年7月23日

【東大最前線】 細胞若返りの機構解明に期待 rDNAの移動が明らかに

 生物を構成する基本となる細胞内部の機能はまだ分からないことが多いが、少しずつ解明が進んでいる。堀籠智洋助教、小林武彦教授(定量生命科学研究所)らは、細胞内の遺伝子の一つ、リボソームRNA遺伝子(rDNA)のDNA配列に損傷が起きると、修復作用のある核膜孔という部位まで移動することを明らかにした。

 

 リボソームは遺伝情報を基にタンパク質を合成する細胞小器官だ。リボソームの構成因子であるリボソームRNAはrDNAの塩基配列を基に合成される。しかし、rDNAは同じ配列が繰り返される構造をとるため、DNA複製の過程で損傷しやすい。rDNAの損傷はゲノム全体の不安定化を導くことから、適切に修復される必要がある。修復の機構としては大きく分けて、損傷したrDNAが修復される部位まで移動するモデルと、修復作用のある因子が損傷したrDNAへ運ばれるモデルが考えられていたが、それを解明した研究はなかった。

(図1)rDNAの移動、修復の模式図

 

 今回堀籠助教らは、酵母を使って損傷したrDNAの挙動を顕微鏡で分析。DNAを修復する働きのある核膜孔まで移動することを突き止めた(図1、2)。「まるで患者さんが病院に行き、治療してもらうようだと思いました」と堀籠助教は話す。移動の仕組みとしては、損傷部位が振動することで徐々に移動するモデルが有力だと考えられるという。「損傷したrDNAは直接核膜孔へ向かうのではなく、不規則な運動でたまたま核膜孔に近付いた際に強く引き寄せられるようです」

(図2)DNA二本鎖切断を受けたrDNAが核膜へ移動する様子

 

 堀籠助教は博士研究員の頃から細胞内での損傷したDNAの動きの研究に取り組んでいた。「中でも自然に損傷しやすいrDNAが最も重要な研究対象でしたが、人為的なDNA損傷を見る解析よりもrDNAでの損傷には実験的な困難が多くあります」。それ故、損傷していないDNAを洗い流す処理を特に入念に行うなど工夫した。

 

 今回の研究成果には、顕微鏡技術の発達が大きく貢献したという。従来は酵母をすりつぶして電気泳動したり固定した細胞を染色して観察する、言わばスナップショット法で挙動を知る研究しかできなかった。しかし「顕微鏡でDNAの挙動が生きたまま観察可能になり、移動する場所、所要時間、タンパク質の量など多くの情報がひと目で分かります」と堀籠助教は語る。

(図3)酵母が出芽する際のrDNAの移動

 「今回の発見は、細胞の若返りの機構解明に役立つと考えています」と堀籠助教。rDNAの損傷の有無は、細胞自体の寿命と強く関係することが知られている。酵母は母細胞から娘細胞が分裂する出芽という不均等な分裂によって増えるが、その際に損傷した不安定なrDNAが母細胞に残り、損傷のない安定したrDNAが娘細胞に受け継がれる(図3)。その後、娘細胞は母細胞より長く生き続ける。「出芽の際に安定したrDNAが選択的に引き寄せられる仕組みの基礎が今回明らかになったといえるでしょう」と小林教授は自信を見せた。今後は生きた細胞が分裂する際のrDNAの挙動を顕微鏡で直接観察し、細胞の若返りの可視化を目指すという。(小原寛士、研究に関する画像は小林教授提供

 

堀籠 智洋(ほりごめ・ちひろ)助教 (定量生命科学研究所)

08年広島大学大学院博士課程修了。博士(農学)。日本学術振興会特別研究員などを経て、15年より現職。

小林 武彦(こばやし たけひこ)教授 (定量生命科学研究所)

92年九州大学大学院博士課程修了。博士(理学)。国立遺伝学研究所教授などを経て、15年より現職。


この記事は、2019年7月9日号からの転載です。本紙では他にもオリジナル記事を公開しています。

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