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なんで一卵性双生児でも違う部分があるの?→加納純子|素朴な疑問vs東大

掲載日:2022年11月10日

素朴な疑問vs東大
「なぜ?」から始まる学術入門

言われてみれば気になる21の質問をリストアップし、その分野に詳しそうなUTokyo教授陣に学問の視点から答えてもらいました。知った気でいるけどいざ聞かれると答えにくい身近な疑問を足がかりに、研究の世界を覗いてみませんか。

Q.15 どうして一卵性双生児でも違う部分があるの?

DNAが同じはずの一卵性の双子でもやはり容貌は微妙に違うし、背丈や体質やかかる病気も同一ではないようです。どうして?
A.DNAの配列や折り畳まれ方に違いが出てくるから
回答者/加納純子
KANOH Junko
総合文化研究科 教授

DNAの配列や折り畳まれ方は生まれてから変化する

分裂酵母の細胞分裂の様子を捉えた加納研究室の顕微鏡写真。テロメア(赤い部分)がダイナミックに動いているのがわかります。

同じ受精卵から生まれる一卵性双生児では、理論上、遺伝情報を担うDNA(デオキシリボ核酸)の配列が同じです。それなのに、体質が違ったり違う病気になったり見かけが少し違ったりするのはなぜでしょう。簡単に思い浮かぶ理由は、日々の暮らし方が同じではないからです。食べ物、運動量、睡眠時間などの違いによって、体で作られる物質の種類や量が違ってくるでしょう。そしてDNAに関して言えば、生を受けてから少しずつDNAの配列が変化するからです。例えば、紫外線を浴びすぎて癌になるように、健康に重要な遺伝子のDNAに傷がついて病気になることが知られています。

しかし、一卵性双生児の違いをもたらす原因はそれだけではありません。意外と知られていませんが、生物にとってはDNAの配列に加えて、DNAの折り畳まれ方も重要なのです。実は、DNAの鎖はまっすぐ伸びているのではなく、いろいろな折り畳まれ方をしています。この折り畳まれ方がゆるいかかたいかで、そこにある遺伝子から合成されるタンパク質の量が決まります。折り畳まれ方がゆるいと酵素などが入ってきやすいので、タンパク質が多く合成されます。そして、合成されたタンパク質の種類と量によって、細胞がどんな臓器になるのかが決まります。多ければいいというわけではなく、目には目に、脚には脚にふさわしい量があります。つまり、DNAの配列自体は同じでも、DNAの折り畳まれ方に難があって適切な量のタンパク質が作られなくなることも、病気の重要な一因です。

DNAを構成する塩基はA(アデニン)、T(チミン)、G(グアニン)、C(シトシン)の4つ。ATGCの並び方とDNAの鎖の畳まれ方の両方が個人個人の違いを生むと考えられます。

一卵性双生児であっても、受精卵から分かれた直後からDNAの折り畳まれ方に違いが出てくることもあります。その原因は様々ですが、折り畳まれ方を決める遺伝子の配列の変化などが挙げられます。また女性の場合、性を決定するX染色体(染色体とは、DNAにタンパク質などが結合してできた構造体のこと)を二本持ちますが、そのうち一本がランダムに凝縮してかたくなり、タンパク質が合成されにくくなります。どの細胞でどちらのX染色体がかたくなるかで運命が分かれるのです。このようなことが個人個人の違いを生む一因になっているといえます。

私は、染色体の末端にあるテロメアという領域や、その隣にあるサブテロメアについて研究してきました。テロメアは、細胞の寿命を決めたり次世代に命を繋いだりする役割を担う部分です。昨年、分裂酵母というモデル生物を調べて、サブテロメアのDNA配列が頻繁に変わることを見つけました。一般的に、DNA配列はあまり変わりません。頻繁に変わると生命の危機に陥るので、変えないようにする仕組みが幾重にも用意されているのです。ところが、サブテロメアでは頻繁に変わっていました。これは単なるミスなのでしょうか。私は生物があえて変化の余地をもたせているのではないかと考えています。

地球の生物進化の過程では、大量絶滅などがありつつ、環境変化に強いものが生き残ってきました。あえてDNAを変えるのは、様々な環境変化に対応しようという工夫であり、進化の証ではないでしょうか。生まれて死ぬまで常に少しずつ変わるのが生物です。だからこそ、地球が氷漬けになっても生物はなんとか生き残ってきました。DNAを持つ生物はすべてATGCという4つの塩基配列、同じシステムを持っています(ウイルスの一部はDNAと似たRNAを持ちます)。これは一つの生物からすべての生物が進化したということ。たった一つの細胞から始まった生命が長い時間をかけて続いてきた延長線上にいま自分がいる……。そう思うとゾクゾクしませんか?

ヒトとチンパンジーの違いはどこにある?
ヒトとチンパンジーなどの大型類人猿のDNA配列の違いはわずかだと言われています。しかし、実はヒトと大型類人猿では染色体の末端がかなり違います。大型類人猿ではテロメアとサブテロメアの間にStSatという繰り返し配列がありますが、ヒトにはありません。また、染色体(DNA鎖)の本数はヒトが46本で大型類人猿は48本。ヒトでは2本の染色体が末端付近で融合しているため1組分少ないのです。共通の祖先からヒトへの進化の過程でStSat配列を失ったことが、大型類人猿と違うヒトの特徴の一部を生んだのかもしれません。私たちはその点も調べようとしています。

10年ほど前、元気がなかった学生を癒そうと招聘された研究室のマスコット「ボスざる」。メダルは羽生結弦選手の平昌五輪金メダルがモデル。研究室のウェブサイトを担当中だとか。
www.park.itc.u-tokyo.ac.jp/jkanoh/

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