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2015年10月23日 (16:44)

日本人にも無関係ではない、今年のノーベル化学賞「DNA修復」


  日本人が受賞した生理学・医学賞、物理学賞に比べると、日本ではあまり注目されなかったノーベル化学賞。しかし、ノーベル委員会のメンバーがインタビューで、福島の原子力発電所の事故による放射線ダメージを直す仕組みもDNA修復だと言っていたことは、もう少し注目されるべきなのかもしれません。

  2015年のノーベル化学賞にはTomas Lindahl博士、Paul Modrich博士、Aziz Sancar博士が選ばれました。

  受賞理由は「DNA修復の仕組みの研究」。DNAが傷付いたときにどうやって直しているのか、についてです。

■DNAは常に傷付いている

  遺伝子を構成するDNAは非常に重要な物質ですが、意外にも常に傷付いています。太陽からの紫外線、タバコに含まれる有害物質、細胞内の活性酸素などが、DNAにダメージを与えます。ノーベル委員会のメンバーは、発表のときにDNAの模型にタバコの煙を吹きかけるジェスチャーをしていました(冒頭の写真)。

  また、DNAの文字にあたる塩基がヒトには30億塩基対ありますが、細胞分裂するときにはこのすべてをコピーします。ただ、30億文字すべてを完璧にコピーするのは至難の業で、推定で10万分の1の確率でコピーミスが起きます。つまり、ヒトでは1回の細胞分裂で3万文字に変化が起きます。

  細胞内外からの攻撃、あるいはコピーミスによってDNAが傷付く、つまり文字が変化すると、出来上がるタンパク質(体内でさまざまな機能をもつ物質)が変化するときがあります。すると、私たちの体にも異常が現れたり、病気になったります。典型的なのは、がん。一部の神経変性疾患や加齢にも関係しています。

■なぜ今年の受賞対象なのか

  DNA修復は、現在ではかなりのことが分かっており、大学生向け教科書でも必ずでてきます。

  なぜ今年になって受賞対象となったのか、はっきりとしたことは不明です。しかし、委員会メンバーの1人は発表後のインタビューで、

  「DNAに傷をつけるものとしては、タバコに含まれる有害物質、日光からの紫外線、そして福島第一原発の大災害で放出されたような放射線などを考えなければならない。そして、これらによって受けたダメージを修理しようとするメカニズムが『DNA修復』である」と話していました。

  公式なプレスリリースでは一切触れていませんが、このようにインタビューでは放射線の例としてレントゲン等でなく、福島第一原子力発電所の事故を挙げていました。事故から4年半以上が経ち、多くの報告がされている中で、この事故を少しは意識した研究テーマとも受け取れるインタビューがあったことは、あまり報じられていません。

■3種類のDNA修復

  さて、今回のノーベル化学賞を受賞した3人は、それぞれ違う方法で傷付いたDNAを直す「DNA修復」の仕組みを解明しました。

 1. 塩基除去修復

  Tomas Lindahl博士は、「塩基除去修復」という仕組みを解明しました。塩基のうちC(シトシン)は、別の塩基であるウラシルに変化しやすいという特徴があります。DNAの二重らせんでは、C(シトシン)がG(グアニン)とペアになるのですが、ウラシルはA(アデニン)とペアになるため、このまま放置すると 細胞分裂時にコピーしたときに間違ったものが作られます。

  Tomas Lindahl博士は、このタイプの傷はまずウラシルを取り除き、前後をつないでいる鎖も取り除き、新たにC(シトシン)を取り付けるのに必要な物質などを発見しました。

 2.ヌクレオチド除去修復

  Aziz Sancar博士の功績は、特に紫外線によって起きるDNAの傷を直す「ヌクレオチド除去修復」です。

  塩基のうちT(チミン)は、2個連続で並ぶとチミン同士が結合する場合があります。すると、2重らせん構造がくずれてしまいます。このときは、つながったチミンを含む12塩基を丸ごと取り除いて、新しく作り直します。
 3.DNAミスマッチ修復

  細胞分裂時のコピーミスを修復するしくみを見つけたのがPaul Modrich博士で、現在では「DNAミスマッチ修復」といわれています。

  DNAのコピーは、2重らせんがほどけて、それぞれを鋳型(テンプレート)として新しい鎖を作ります。このとき、テンプレートの方には「メチル基」という目印を付けておきます。コピーミスが見つかったときは、メチル基の付いている方が元々の正しい鎖として、間違ったほうの鎖を切って作り直します。

  DNAミスマッチ修復によって、細胞分裂するときに起きるコピーミスの確率を、理論上の10万分の1から1億分の1にまで下げています。

■微生物の発見からヒトの病気の解明、治療へ

  これらの仕組みは、いずれも1970年代から1980年代にかけての研究成果です。どれも最初は微生物(大腸菌や酵母など)で見つかったものですが、今ではヒトにもあることが分かっています。そして、病気に関係するもの、病気の治療のヒントとなっています。

  例えば、2番目のヌクレオチド除去修復が機能しないと、紫外線による皮膚がんのリスクが高まります。この病気の1つは「色素性乾皮症(XP)」と呼ばれています。映画『タイヨウのうた』で、アーティストのYUIが演じた主人公の抱える病気として知られています。

  応用としては抗がん剤があります(例えば、卵巣がんの抗がん剤であるOlaparib、商品名はLynparza)。がん細胞の中には、DNA修復がうまく機能しないものがありますが、そのような細胞だけを殺すような抗がん剤を使い、がん細胞だけを殺すというものです。

■なぜDNAは傷付きやすいのか

  そもそも、なぜDNAは傷付くのでしょうか。遺伝子となるDNAは重要な物質であり、簡単に傷付くような性質は不釣り合いのように見えます。

  DNAが傷付くと、誤った設計図をもとに作られるタンパク質も変わってしまいます。こう言われると、タンパク質の異常による疾患をイメージします。確かに事実ですが、見方を変えれば「新しいタンパク質によって、新しいからだができる」とも言えるはずです。変わることは必ずしもネガティブな面だけではなく、結果として環境に適応して生き延びたとき、それは進化と呼ばれます。

  進化には、DNAの変化が欠かせません。しかし、個々の生物にとっては、DNAの変化はあまり好ましくないことです。多くの場合は機能が悪い方向に変わるためです。そこで作り出されたメカニズムがDNA修復です。

  地球上の生命全体としては、進化するためにDNAを変化させたい。個々の生物は、生きるためにDNAの変化を抑えたい。その狭間で生まれたのがDNA修復ではないでしょうか。そのようなことが、意識はしていないくとも、日々私たちの体の中で行われているのです。

 (*)この記事は「ぶろぐ的サイエンス? 」に掲載された『2015年ノーベル化学賞~進化と生存のアンビバレンスから生まれたDNA修復~ 』を再構成したものです。
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