組換えって、何?

同じ両親から生まれる子供、兄弟姉妹が似ているけど異なる理由って知っていますか? これは両親から似ているけど異なる遺伝子の組み合わせを子供が受け取るからです。こ の異なる遺伝子の組み合わせを作り出すのに、DNAの交換反応である"相同組換え"が大 切な役割を果たしています。父親、母親がそれぞれに両親から受け取った遺伝子の組み 合わせをシャッフリングしているからです。もし組換えが起こらなかったら兄弟姉妹が みんな1卵性の双子みたいなってしまいます。相同組換えは父方、母方由来の2本の同 じ染色体(あるいはDNA)が切断され、入れ換えられ、再結合する反応です。

誤解しないで欲しいのですが、我々が研究している"組換え、あるいは相同組換 え"は、現在よく耳にする"遺伝子組み換え食品"で使われている"組換え"とは全く異なる ものです。"遺伝子組み換え食品"は遺伝子組み換え操作、つまり人為的な操作によって 作られたもの(外来の遺伝子を導入した植物、動物を原料にした食品)ですが、我々が 研究している"組換え"は私たちの体の中で実際起こっている細胞や個体を維持するた めに大切な生命現象の1つです。

親から子供に遺伝情報が受け渡される過程の1つ、配偶子形成(人でいう、卵子、精 子の形成)の中で2倍体の細胞から1倍体の細胞(配偶子)が作られます(この配偶 子が受精して、個体を再生します)。この過程を減数分裂(減数分裂について少し詳し く知りたい人はこちらに)と言いますが、相同組換えは減数分裂期において遺伝子の多 様性を生み出しています。つまり、ヒトなどの集団に多様性を生み出す進化の原動力を 担っているプロセスなのです。あるいは上の部分に書いてあるように兄弟姉妹の間の違 いというのは、父親や母親の中で起こった減数分裂期に組換えが起こった証拠の1つな のです。

また、相同組換えは卵子、精子を作る生殖細胞だけでなく、われわれの体を作り上げ ている通常の細胞の中でも大切な役割を果たしています。遺伝情報の根幹をなすDNA は常に外的、内的な要因によって傷を受けています。細胞はこのようなDNA上の傷を手 当する複数の経路を備えています。もしその傷を直されずに、傷としてDNAの中に残っ てしまうと、DNAの情報が変化する、突然変異が生じます。突然変異は皆さんも知って いるようにDNA情報が変換されるために、場合によっては癌などの重篤な疾患を引き 起こします(発癌物質の大半がDNAに傷を与えること、つまり突然変異を誘発するこ とが知られています)。

例えば、放射線がDNAを切断してしまうということを知っていますか?放射線を 出す放射性物質なんて身近にないから大丈夫と思っているかも知れませんが、実際は 我々はいろんな形で放射線を浴びているのです。宇宙から降り注いでくる自然放射線は もちろん、例えば、X線によるレントゲン撮影も1つ。ラドン温泉に入っても放射線を微 量に浴びることになります。また、飛行機に乗っただけで、地上にいるよりも多くの宇宙 線、つまり放射線を浴びているのです(これら放射線の量は体に影響のないくらい少な いのですが。また空気がこのような放射線を遮ってくれるために地上にいるよりも飛行 機に乗る方が放射線を浴びる量が増えるのです)。これからの宇宙時代、もし多くの人 類が宇宙で活動するとなると、大量の宇宙線、つまり放射線を浴びるようになるのです。 そうなるとわれわれの細胞の中でDNAは傷だらけになるかもしれません。最近、宇宙か ら帰ってきた宇宙飛行士の細胞を採取してきて、染色体を調べるとDNAの傷、染色体の 切断が頻繁に見られるという報告もあります。でも安心して下さい。このような放射線 による傷、DNAの切断、は"相同組換え"が直してくれているのです。

前述したように、組換えによってこのようなDNAの傷が直されないと我々の体 にまずいことが沢山起こります。その1つが突然変異の蓄積です。前にも書いたように 突然変異は癌の原因になります。原爆の被爆者や原子力発電所の事故で放射線を浴びた 人では白血病の頻度が高くなるのはあまりにも有名な話です。最近の研究から家族性の 乳癌(家系で乳癌や卵巣癌が若年齢で発症する場合を家族性の、あるいは遺伝性の乳癌 と定義します)は"組換え"がおかしくなることが原因であるということも分かってき ています(残念なことになんで組換えの機能に異常をきたすと、他の癌じゃなく乳癌に なりやすくなるのか今だ不明なのですが)。このように細胞がDNAの傷を治すことは とても大切なのです。

我々の研究グループはDNAの交換反応の"組換え"の分子メカニズムや細胞内で の機能を解明するためにパン酵母を用いて研究を行っています。"分子メカニズムを知 る"とは細胞の中で起こっている生命の現象の1つの舞台を生物の構成単位である蛋白 質やDNAという役者を用いて、人の目に見えるように再現することです(テレビとか で3Dを用いて放映されているような、見て分かるという形で生命の不思議を明らかに することです)。パン酵母はその名の通り、パンを発酵するために必要な酵母菌です。パ ン酵母は真核生物(細菌類とは異なって、細胞の中に"核"構造を持つ生物で、ヒトと同 じ細胞構成から成り立っています)の素晴らしいモデル生物で、遺伝学、分子生物学、生 化学的といった最新の解析を行えます。酵母といって馬鹿にしないで下さい。驚くかも 知れないですが、パン酵母と我々ヒトの間では基本的な生命の仕組みは同じなのです。 つまり、酵母の中で起こっている生命現象は我々ヒトの中で起こっているものと基本的 な部分では何も変わりないのです。2001年のノーベル生理学賞の受賞者の一人、ハート ウエル(Leland Hartwell)博士はパン酵母を用い細胞の分裂の周期を研究して、その成果 で受賞しました。そして、その研究が土台となり、細胞の周期(細胞が分裂を繰り返すこ と)を動かす仕組みが進化の中で保存されている、つまりパン酵母もヒトも似た仕組み で細胞の周期を制御していることが分かったのです。例えば、減数分裂をとって見ても、 酵母は最終的に胞子を作りますが、その最終過程を除いては減数分裂期の反応はほとん どヒトと同じなのです。それにヒトの減数分裂を解析する、つまり精巣や卵巣を用いて 研究するは倫理面でも、実際の上でもすごく難しいのです。例えば、女性の配偶子である 卵子の形成はヒトが胎児の段階、つまり母親のお腹の中にいる、その中でもごく初期の 段階で終了しているのです。それを研究の対象とするなんて不可能ですよね。そのため にモデル生物が必要なのです。

このように私たちのグループでは生命の基本現象である"相同組換え"を研究していま す。もっと私たちの"組換え"の研究に興味のある方はここを訪れてみて下さい。もう少 し詳しく研究内容を紹介します。