エピジェネティックに細胞が多様性を生み出すメカニズム

DNAの謎

ヒトの体はおよそ60兆個の細胞で出来ています。それぞれの細胞は基本的に同じDNAを持ち、同じDNA配列にもかかわらず、手や口や腎臓などまったく違うものができ、複雑な動きや機能までも発達するのか不思議に感じませんか？

エピジェネティックな領域とは

最近の研究によると、ヒトには約２万３千個の遺伝子があり、その情報に基づいてヒトの体のほとんどを形成するタンパク質がさまざまなところで作用していくことがわかってきました。DNA上ではこのタンパク質をつくるために、遺伝子発現がONになったり、OFFになったりというスイッチのような現象が見られます。中にはON／OFFがどちらもおこる領域が存在し、その領域は細胞に後天的（epi-）起こる現象・エピジェネティクスと呼ばれる制御により、 DNA配列に依存することがない細胞の発現機構を多様に生み出す重要なシステムとして注目されて います。この機構の解明ができれば、癌のように後天的に起こる疾患を引き起こす要因を突き止めるカギになるかもしれないと言われています。この機構を解明するためには、従来のように様々な細胞が混在する細胞集団では、個々の制御機構を追跡することができないため、一つの細胞でその機構を明らかにする必要があります。

単一細胞を追跡すると

単一細胞の発現状態の変化を追跡した結果

私の研究では単一細胞レベルで、親のDNAが子へと受け継がれ、さらに世代を超えた遺伝子の発現状態の変化を追跡する技術を開発しています。まずは、もともと同じDNA配列を持つにも関わらず、分裂を繰り返し、遺伝子の発現状態が変化する領域に、蛍光タンパク質をコードする遺伝子を挿入し、蛍光顕微鏡下で培養します。すると、図１のように単一細胞からスタートし、分裂を繰り返しながら、緑に光っている点がある細胞では遺伝子が発現しているONの状態であることがわかります。光っていない細胞ではその発現がOFFになっていることがわかります。

また、時間を追ってみていくと、最初は発現していた遺伝子が、時間の経過とともに発現が抑えられ、分裂を繰り返した後に、再び発現することがわかりました。このように単一細胞で追跡してみると、親から子へ、さらに次世代へと遺伝子の発現状態がON／OFFに切り変わる領域があることがわかりました。また、この遺伝子の発現状態の切り替わりON／OFFの頻度を上げたり、下げたりする遺伝子があることもわかり、新たな知見を見出しています。　この細胞のメカニズムを応用すると、細胞の運命を人為的に操作することができ、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞を用いた再生医療の分野においても、目的に合わせて効率よく細胞を作製することに貢献できるのではないかと思います。

研究は失敗の繰り返しで、この解析システムの開発にも約５年間かかっています。しかし、苦労する時間が長いほど、喜びも大きくなります。学生のみなさんも研究に没頭し、是非、この喜びを味わってください。