ニュース｜染色体の乗換えを調節し、染色体の安定性を守る微小なDNA接合部を発見
新たな生命は、正確な遺伝的組換えから始まります。卵子や精子が形成される際、母方と父方の染色体は対になり、乗換えによってDNA断片を交換します。染色体対ごとに少なくとも一回の組換えが、妊よう性と染色体数の安定に必要ですが、DNAの切断や交換が多すぎるとゲノムが脅かされます。細胞はどのように適切なバランスを保つのでしょうか。
Max Perutz LabsのJoão Matos博士が主導した研究が、この長年の疑問に答えました。研究結果は2025にNature誌で発表されました。
研究チームは、ホリデイ接合部と呼ばれる微小なDNA構造が、乗換えの中間段階にとどまらないことを発見しました。ホリデイ接合部は、対になった染色体をつなぐジッパー状のシナプトネマ複合体の維持にも役立ちます。安定したホリデイ接合部は細胞にDNA切断の停止を知らせ、ゲノムを損傷から守ります。
「私たちは、ホリデイ接合部が受動的なDNAの連結部ではなく、シナプトネマ複合体の構築と維持における重要な要素であり、乗換え部位の準備が整うまで染色体を対になった状態に保つと仮説を立てました」
—研究チームリーダー、João Matos博士
仮説を検証するため、第一著者のAdrian Henggeler氏は、ヒト細胞に似た減数分裂の仕組みを持ち、遺伝学のモデルとして有用な酵母を用いました。
Henggeler氏は研究室が開発した分子ツールを使い、ホリデイ接合部とシナプトネマ複合体が共存しているものの染色体交換が起こる前の状態で、数百万個の酵母細胞を「凍結」しました。その後、DNA接合部を正確に除去し、細胞の反応をリアルタイムで観察しました。
「研究上のひらめきの瞬間の一つでした」とHenggeler氏は振り返ります。「ホリデイ接合部を除去するとすぐに、仮説どおり、シナプトネマ複合体がリアルタイムで崩壊する様子が顕微鏡で確認できました」
ホリデイ接合部がないと、シナプトネマ複合体は直ちに崩壊し、新たなDNA切断が再び形成され始め、減数分裂が妨げられました。
「この研究は、単純で洗練されたフィードバック機構を明らかにしました。乗換え部位とシナプトネマ複合体が安定して形成されると、細胞は切断を止めて減数分裂を進められると『認識』するのです」とMatos博士は付け加えました。
次の課題は、同じ仕組みが哺乳類にも当てはまるかを明らかにすることです。確認されれば、種を越えた妊よう性とゲノム安定性に関する重要な手がかりや、生殖障害・染色体疾患の新たな研究の方向性が得られる可能性があります。
出典：
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新たな生命は、正確な遺伝的組換えから始まります。卵子や精子が形成される際、母方と父方の染色体は対になり、乗換えによってDNA断片を交換します。染色体対ごとに少なくとも一回の組換えが、妊よう性と染色体数の安定に必要ですが、DNAの切断や交換が多すぎるとゲノムが脅かされます。細胞はどのように適切なバランスを保つのでしょうか。
Max Perutz LabsのJoão Matos博士が主導した研究が、この長年の疑問に答えました。研究結果は2025にNature誌で発表されました。
研究チームは、ホリデイ接合部と呼ばれる微小なDNA構造が、乗換えの中間段階にとどまらないことを発見しました。ホリデイ接合部は、対になった染色体をつなぐジッパー状のシナプトネマ複合体の維持にも役立ちます。安定したホリデイ接合部は細胞にDNA切断の停止を知らせ、ゲノムを損傷から守ります。
「私たちは、ホリデイ接合部が受動的なDNAの連結部ではなく、シナプトネマ複合体の構築と維持における重要な要素であり、乗換え部位の準備が整うまで染色体を対になった状態に保つと仮説を立てました」
—研究チームリーダー、João Matos博士
仮説を検証するため、第一著者のAdrian Henggeler氏は、ヒト細胞に似た減数分裂の仕組みを持ち、遺伝学のモデルとして有用な酵母を用いました。
Henggeler氏は研究室が開発した分子ツールを使い、ホリデイ接合部とシナプトネマ複合体が共存しているものの染色体交換が起こる前の状態で、数百万個の酵母細胞を「凍結」しました。その後、DNA接合部を正確に除去し、細胞の反応をリアルタイムで観察しました。
「研究上のひらめきの瞬間の一つでした」とHenggeler氏は振り返ります。「ホリデイ接合部を除去するとすぐに、仮説どおり、シナプトネマ複合体がリアルタイムで崩壊する様子が顕微鏡で確認できました」
ホリデイ接合部がないと、シナプトネマ複合体は直ちに崩壊し、新たなDNA切断が再び形成され始め、減数分裂が妨げられました。
「この研究は、単純で洗練されたフィードバック機構を明らかにしました。乗換え部位とシナプトネマ複合体が安定して形成されると、細胞は切断を止めて減数分裂を進められると『認識』するのです」とMatos博士は付け加えました。
次の課題は、同じ仕組みが哺乳類にも当てはまるかを明らかにすることです。確認されれば、種を越えた妊よう性とゲノム安定性に関する重要な手がかりや、生殖障害・染色体疾患の新たな研究の方向性が得られる可能性があります。
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