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真核生物の染色体構造は、生のDNA分子から有糸分裂または減数分裂の中期に見られる染色体構造までのパッケージングのレベルを指します。染色体には、遺伝情報を含む長い DNA 鎖が含まれています。原核生物の染色体と比較すると、真核生物の染色体は非常に大きく、線状染色体です。真核生物の染色体も細胞核に保存されますが、原核細胞の染色体は核に保存されません。真核生物の染色体は DNA の量が多いため、DNA 分子を細胞核に凝縮するために、より高いレベルのパッケージングが必要です。このレベルのパッケージングには、凝縮されたヌクレオソームを形成するために、ヒストンと呼ばれるタンパク質に DNA を巻き付ける作業が含まれます。
歴史
二重らせん構造は1953年にジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックによって発見された。他の研究者らもDNAの構成について非常に重要だが互いに関連性のない発見をした。最終的にこれらすべての発見を統合してDNAのモデルを考案したのはワトソンとクリックだった。後に化学者アレクサンダー・トッドはDNA分子の骨格にはリン酸基とデオキシリボース糖基の繰り返しが含まれていることを突き止めた。生化学者エルヴィン・シャルガフはアデニンとチミンが常に対になり、シトシンとグアニンも常に対になることを発見した。モーリス・ウィルキンスとロザリンド・フランクリンが撮影したDNAの高解像度X線画像は、らせん状、またはコルク抜きのような形状を示唆した。[1]現在染色体として知られている構造を認識した最初の科学者の中には、シュライデン、ウィルヒョウ、ビュチュリなどがいた。この用語はハインリヒ・ヴィルヘルム・ゴットフリート・フォン・ワルダイアー・ハルツによって造られ、クロマチンという用語はワルター・フレミングによって導入されました。科学者たちはまた、植物や動物の細胞には核と呼ばれる中心区画があることを発見しました。彼らはすぐに、染色体が核の中にあり、さまざまな形質に関するさまざまな情報が含まれていることに気づきました。
構造
人間などの真核生物では、およそ32億のヌクレオチドが23本の異なる染色体に分散しています（男性は、女性に見られるX染色体のペアではなく、 X染色体とY染色体の両方を持っています）。各染色体は、DNAの細い糸をよりコンパクトな構造に折りたたんで詰め込むタンパク質に関連する非常に長い線状DNA分子で構成されています。[2]
一般的に、染色体の構造は「X」字型であると考える人が多い。しかし、これは細胞分裂時にのみ存在する。研究者たちは、現在、染色体が活動しているときの構造をモデル化できるようになった。これは、染色体構造におけるDNAの折り畳み方がDNAの使用方法と関連しているため、極めて重要である。科学者たちは、単一細胞における染色体の3D構造を開発することができた。科学者たちは、このモデルを作成するために、DNAのさまざまな部分が互いに接近する場所を何百回も測定した。この研究は、ケンブリッジ大学の生化学科の科学者たちが、バブラム研究所およびワイツマン研究所の研究者らと共同で行った。[3]
ヌクレオソーム
ヌクレオソームはDNA 凝縮の基本単位であり、DNA 二重らせんとコアヒストンのオクタマー( H2A と H2B の2 つの二量体と H3/H4テトラマー) が結合して構成されています。約 147塩基対の DNA が 1 つのオクタマーに巻き付いており、約 20 塩基対がリンカーヒストン (H1) の追加によって隔離され、さまざまな長さの「リンカー」DNA (約 0-100 bp) がヌクレオソームを分離しています。DNA に沿ったヌクレオソームの間隔により、「紐上のビーズ」のような外観になります。ヒストンの修飾により DNA へのアクセスが制御されます。ヒストンアセチルトランスフェラーゼ (HAT) はヒストンテールの残基をアセチル化し、DNA へのアクセス性を高めます。[4]
パッケージ
DNA のパッケージングは、静電荷分布によって促進されます。リン酸基は DNA に負の電荷を帯びさせますが、ヒストンは正に帯電しています。ほとんどの真核細胞には (いくつかの例外を除いて) 古細菌界と同様にヒストンが含まれています。特にヒストン H3 と H4 はすべての真核生物間で構造がほぼ同じであり、構造と機能の両方が厳密に進化的に保存されていることが示唆されています。[ 4]ヒストンはリジンとアルギニンを大量に含み、DNA は負に帯電しているため、正に帯電した分子です。これにより、ヒストンは DNA と強力なイオン結合を形成し、ヌクレオソームを形成できます。DNA 凝縮の最も基本的なレベルは、ヒストン コア タンパク質の周りに DNA を巻き付けることです。より高次のパッケージングは、DNA に結合して折りたたむ特殊なタンパク質によって行われます。これにより、一連のループとコイルが生成され、ますます高度な組織化が提供され、DNA が絡まって制御不能になるのを防ぎます。[4]この DNA とタンパク質の複合体はクロマチンと呼ばれます。[5]しかし、染色体はパッケージングに関与するタンパク質に加えて、DNA複製、DNA修復、遺伝子発現に関与するタンパク質とも関連している。[6]
参考文献
- ^ 「フランシス・クリック文書」：二重らせんの発見、1951-1953年。Np、nd Web。2014年11月16日。
- ^ 「真核生物の染色体の構造」www.ndsu.edu . 2014年9月15日閲覧。
- ^ 「染色体の構造が明らかに」ケンブリッジ大学。Np、2013年9月30日。ウェブ。2014年11月16日。
- ^ abc Cox, Michael M. (2015).分子生物学：原理と実践。ジェニファー A. ダウドナ、マイケル オドネル（第2版）。ニューヨーク。pp. 337–338。ISBN 978-1-4641-2614-7。
{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所が見つかりません 発行者 (リンク) - ^ 「真核生物の染色体の構造」。SciencePrimer 。 2014年9月15日閲覧。
- ^ 「染色体」www.nature.com . 2014年9月15日閲覧。