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同一の遺伝情報から細胞の多様性を生み出す仕組みを解明~生物やがん細胞の多様性の理解へ貢献~ (理学研究院 教授 村上洋太)

2019年6月19日

ポイント

●同じ遺伝子を持つ酵母が異なる性質を持つ多様な個体を生み出す仕組みを解明。
●個体間の多様性を制御するタンパク質の働きを解明。
●抗がん剤に抵抗性を示すがん細胞の出現を抑える治療法への応用に期待。

概要

北海道大学大学院理学研究院の村上洋太教授,同大学大学院総合化学院博士後期課程の反田真登氏らの研究グループは,同一の遺伝情報から細胞の多様性が生み出される仕組みの一端を明らかにしました。

一卵性双生児のように全く同じ遺伝子を持っていても,その個性は異なり,細胞レベルでも同じ 母細胞から生まれた細胞の性質が異なることがあります。研究グループは,単細胞生物である分裂酵母を用いて,そのような多様性を生み出す分子機構の解明に取り組みました。遺伝子の本体であるDNAは長い繊維状の巨大分子で,ヒストンと呼ばれるタンパク質に巻きついたクロマチンと呼ばれる構造をとって細胞の中に収められています。高度に凝集したヘテロクロマチンと呼ばれるクロマチンに取り込まれた遺伝子では,その情報が読み取られません。細胞は,ヘテロクロマチンを使って不要な遺伝子の情報が読み取られないようにしており,分裂酵母のEpe1と呼ばれるタンパク質は,ヘテロクロマチンを解消する機能を持つことが知られています。

研究グループは,Epe1が欠損した細胞では,ヘテロクロマチンが無かった領域で偶発的にヘテロクロマチンが生じ,様々な遺伝子が働かなくなった結果,同じ遺伝子を持ちながら異なる性質を示す酵母が出現することを発見しました。さらに詳しく調べると,Epe1は既にできた偶発的ヘテロクロマチンを消去するだけでなく,その形成を未然に防ぐ,二重の働きをしていることが明らかになりました。しかも,Epe1による偶発的ヘテロクロマチンの抑制・消去は不完全で,まれに「消し忘れ」が生じ,その結果Epe1をもつ酵母の間でも,異なるヘテロクロマチン分布を示すものが出現することもわかりました。つまり,Epe1は偶発的ヘテロクロマチン形成による極端な多様性の出現を防ぐ一方で,ある程度の「個性」は許容していることになります。多様な個性は,絶えず変化する環境変化への適応に役立つと考えられる一方で,一つのがん細胞が分裂して出来た腫瘍の細胞の中に,異なる個性を示すものが存在することで様々な抗がん剤に対する抵抗性を生み出す源泉になっているのではないかと考えられています。

本研究は,生物の環境に適応する戦略の一端を明らかにするとともに,効果的ながん治療を考える上で重要な知見を与えるものと期待されます。

なお,本研究成果は,2019年6月17日(月)公開のPlos Genetics誌に掲載されました。

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