細胞核の弾性を支えるバネの役割を持つのはDNA
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ヒトの体を構成している細胞では、自らが力を生み出し、外からのストレスを受けるなかで様々な機能を果たしている。
例えば、体重を支えるために体のほとんどの細胞には強い力がかかるが、心臓・骨格の筋肉を形成する細胞では強力な力によって繰り返し収縮することが分かっている。
また、体内を動き回っている細胞は、組織の間を通過する際に大きな圧力を受けており、その際の力(ストレス)がDNA収納場所の細胞核にも伝わるため、核が歪み、DNA機能の阻害になるとも考えられている。
このDNA機能へのストレスの影響は、細胞死・細胞のがん化などとも関連するために細胞核の硬さ・弾性などの性質のみを直接測定することが困難で、このストレスに応答するような細胞核におけるメカニズムは解明されていない。
情報・システム研究機構国立遺伝学研究所では4月21日、島本勇太氏(同研究所准教授)と前島一博氏(同教授)らの研究グループが、物理の先端技術と生化学の研究手法によって、細胞核の「強さ」が産み出される仕組みを発表した。
同研究成果は「Molecular Biology of the Cell」誌にハイライトとして掲載されている。
細胞の核の強さが生み出される仕組みを解明
従来では、「核ラミナ」と呼ばれる籠状の構造によって細胞核の硬さが保たれるとされていた。
しかし、今回同研究グループでは、核内のDNAによって細胞核の硬さとバネ弾性を生み出すメカニズムを発見した。
また、DNAのどの構造がDNAのバネ弾性を生み出しているのか検討したところ、『ヌクレオソーム構造』を形成したDNAでは伸びたり、短く切れたりするとバネ弾性が弱くなることが分かったという。このことからDNAが不規則に凝縮し、塊をつくることで核のバネになることも確認された。
物理の先端技術と生化学の研究手法を融合
今回の研究成果は、島本氏(定量メカノバイオロジー研究室)が過去に開発した「ガラス針を用いた力計測顕微鏡」と、前島氏(前島研究室)が確立さした「細胞核とDNAの折り畳みの研究手法」を組み合わせている。
物理の先端技術と生化学の研究手法の両技術を融合することによって、核のDNAの状態を変化させることで核の硬さ・バネ弾性への影響の与え方を定量的に計測することが可能になったものだ。
「細胞機能の壊滅」の仕組み、「核のバネ」としてのDNAの新たな役割
力が原因で細胞の核に生じるゆがみ・構造破壊によっては、DNA情報の発現異常、DNA損傷による細胞死・がん化など、さまざまな異常につながるとされる。例えば、細胞核の構造異常から、筋ジストロフィー症のような症状を引き起こすともされる。今回の研究成果によって、これらの細胞機能の破綻が起こる仕組みの理解が進むことが期待される。
また、同研究グループは、従来から考えられていた遺伝情報を収めるメモリデバイスとしてのDNAの役割に加えて、核のバネとしての働きがあることで核の硬さを制御するDNAの新たな役割を提唱するものだとしている。
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