私たちの体の細胞にある DNA を見ると、遺伝物質は通常、もつれたスパゲッティの山に似ています。DNA 鎖はゆるく塊状で、細胞核内で一見無秩序に見えます。これにより、細胞機構が個々の遺伝子にアクセスしてそれらを読み取ることが可能になります。しかし、細胞が分裂すると、まったく異なる状況が現れます。突然、ゲノム全体がコンパクトできちんと分離された染色体の形で存在します。 DNAの糸は通常1.80メートルの長さですが、現在は小さなXまたはY字型のパッケージを形成しています。有糸分裂中、それらは 2 つの娘細胞間で容易に分配されます。 「これは遺伝学の最も基本的なプロセスの 1 つです」とマサチューセッツ大学の上級著者ジョブ・デッカーは説明します。この DNA パッキング プロセスが正しく行われない場合、染色体が壊れたり、DNA の一部が間違った場所に配置されたりする可能性があります。
しかし生物学者たちは、細胞がどのようにしてDNAを、広がった糸状の形から染色体に詰め込むのかについて、100年以上も謎に包まれてきた。染色体の DNA が一連の密集したループを形成していることは現在では知られていますが、DNA がある状態から別の状態にどのように正確に移行するのかは以前は不明でした。 「プロセス全体にかかる時間はわずか 10 ～ 15 分です。これは信じられないほどです」とデッカー氏は言います。細胞パッケージング機構の「スクリプト」を解明するために、デッカーと彼の同僚はあるトリックを使用しました。化学的遺伝子操作を使用して、ニワトリの細胞に同時に遺伝物質のパッケージングを開始させました。このプロセスのいくつかの時点で、細胞のプロセスを停止し、DNA のそれぞれのパッキング状態の「スナップショット」を作成することができました。
最初はループ、次にスパイラル
前期が始まり、それに伴って染色体形成のプロセスが始まると、糸状で塊状の DNA 鎖が収縮して、より太い棒状の構造になることが判明しました。研究者らが発見したように、特定のタンパク質が重要な役割を果たしている。前期中、コンデンシン II は DNA 糸が密集したループの配列を形成することを保証し、これにより糸が短くなる。タンパク質分子は、折りたたまれた DNA のフレームワークを形成します。前中期への移行に伴い、細胞核膜はゆっくりと溶解し始めます。ここで、2 番目のパッキングタンパク質であるコンデンシン I が働き始めます。これにより、DNA ループがさらに小さなサブユニットに分割され、らせん階段のようならせん状に鎖が巻き付けられます。研究者らの説明によると、数分間かけて、遺伝物質はさらに厚く、より平らなコイルを形成する。束は太くなり、短くなり、最終的にはコンパクトな染色体の形状になります。
細胞が分裂前に遺伝物質をパッケージングするためにどの「スクリプト」を使用するのか、そしてこのプロセスがいかに複雑で同時に洗練されたものであるかが初めて明らかになりました。これは、すべての上位セルにおける基本的なプロセスの 1 つを説明するだけでなく、将来的にはこのパッキング プロセスの理解を深め、エラーを防ぐことにも役立ちます。さらに、「このモデルは、ここ数十年間に行われた、一見矛盾しているように見える多くの観察を調和させています」とデッカー氏と彼の同僚は述べています。染色体にらせん構造の兆候を発見した研究者もいますが、主にループを発見した研究者もいます。現在の結果は、どちらの派閥も正しかったことを示しています。遺伝物質をパッケージングするために、DNA は多層ループや螺旋状に配置されます。 「これには非常に満足しています。明らかに異なることを示している 2 つのデータセットから出発して、両方が正しいことを証明する方法を見つけました」と Dekker 氏は言います。
