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核DNA（nDNA）、または核デオキシリボ核酸は、真核生物の各細胞核内に含まれるDNAです。[ 1 ]真核生物のゲノムの大部分をコードしており、残りはミトコンドリアDNAと葉緑体DNAによってコードされています。メンデル遺伝に従い、ミトコンドリアDNAのように母系（母親を通して）ではなく、オスとメスの2人の親から情報が受け継がれます。 [ 2 ]
核DNAは、真核細胞の核に存在する高分子生体分子または生体高分子である核酸です。その構造は二重らせんであり、 2本の鎖が互いに巻き付いています。この構造は、ロザリンド・フランクリンが収集したデータを使用して、フランシス・クリックとジェームズ・D・ワトソン（1953年）によって初めて記述されました。各鎖は、繰り返しヌクレオチドからなる長いポリマー鎖です。[ 3 ]各ヌクレオチドは、5炭糖、リン酸基、および有機塩基から構成されています。ヌクレオチドは、塩基によって区別されます。プリンは、アデニンとグアニンを含む大きな塩基であり、ピリミジンは、チミンとシトシンを含む小さな塩基です。シャルガフの規則では、アデニンは常にチミンと、グアニンは常にシトシンと対になります。リン酸基はホスホジエステル結合によって結合され、塩基は水素結合によって結合されています。[ 4 ]
核DNAとミトコンドリアDNAは、位置や構造をはじめとして多くの点で異なります。核DNAは真核細胞の核内に存在し、通常1細胞あたり2コピー存在しますが、ミトコンドリアDNAはミトコンドリア内に存在し、1細胞あたり100～1,000コピー存在します。核DNA染色体の構造は、両端が開いた線状で、46本の染色体からなり、例えばヒトでは30億ヌクレオチドを含みます。一方、ミトコンドリアDNA染色体の構造は通常、閉じた環状で、例えばヒトでは16,569ヌクレオチドを含みます。[ 5 ]動物の核DNAは二倍体で、通常は両親からDNAを受け継ぎますが、ミトコンドリアDNAは一倍体で、母親からのみ受け継ぎます。核DNAの突然変異率は0.3%未満ですが、ミトコンドリアDNAの突然変異率は一般的にそれよりも高くなります。[ 6 ]
核DNAは生命の分子として知られ、すべての真核生物の発生に必要な遺伝情報を含んでいます。赤血球などの例外を除き、人体のほぼすべての細胞に存在します。一卵性双生児であっても、誰もが独自の遺伝設計図を持っています。[ 7 ]犯罪捜査局（BCA）や連邦捜査局（FBI）などの法医学部門では、核DNAを用いた技術を使用して事件のサンプルを比較します。使用される技術には、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）があり、分子上の標的領域（ショートタンデムリピート（STR）とも呼ばれる）のコピーを作成することで、非常に少量のDNAを利用できます。[ 8 ] [ 9 ]
有糸分裂と同様に、減数分裂も真核細胞の分裂様式の一つです。減数分裂によって4つの娘細胞が生成され、それぞれの娘細胞は親細胞の半分の数の染色体を持っています。減数分裂は配偶子（生殖細胞）となる細胞を作り出すため、この染色体数の減少は非常に重要です。もし減数分裂がなければ、受精時に2つの配偶子が結合した際に、通常の2倍の数の染色体を持つ子孫が生まれてしまうでしょう。
減数分裂は、4つの娘細胞それぞれに新たな遺伝物質の組み合わせを生み出す。これらの新たな組み合わせは、対になった染色体間のDNAの交換によって生じる。このような交換によって、減数分裂によって生成される配偶子はしばしばかなりの遺伝的多様性を示すことになる。
減数分裂は、核分裂が1回ではなく2回起こる過程です。細胞は減数分裂を行う前に、間期と呼ばれる期間を経て、成長し、染色体を複製し、分裂の準備が整っていることを確認するためにすべてのシステムをチェックします。
有糸分裂と同様に、減数分裂にも前期、中期、後期、終期と呼ばれる明確な段階があります。しかし、重要な違いは、減数分裂ではこれらの各段階が2回起こるということです。1回目は減数分裂Iと呼ばれる最初の分裂ラウンドで、2回目は減数分裂IIと呼ばれる2回目の分裂ラウンドで起こります。[ 10 ]
細胞分裂に先立ち、元の細胞のDNA物質は複製されなければならず、細胞分裂後、各新しい細胞は完全な量のDNA物質を含むことになる。DNA複製のプロセスは通常、複製と呼ばれる。複製は、各新しい細胞が元のDNAの1本鎖と新たに合成されたDNAの1本鎖を含むため、半保存的と呼ばれる。元のポリヌクレオチドDNA鎖は、新しい相補的なポリヌクレオチドDNAの合成を導くための鋳型として機能する。DNA一本鎖鋳型は、相補的なDNA鎖の合成を導く役割を果たす。[ 11 ]
DNA複製は、DNA分子内の複製起点と呼ばれる特定の部位で始まります。ヘリカーゼという酵素が DNA分子の一部をほどいて分離し、その後、一本鎖結合タンパク質が分離された一本鎖DNA分子と反応して安定化させます。DNAポリメラーゼという酵素複合体が分離されたDNA分子部分に結合し、複製プロセスを開始します。DNAポリメラーゼは、既存のヌクレオチド鎖にのみ新しいDNAヌクレオチドを結合させることができます。そのため、複製は、プライマーゼと呼ばれる酵素が複製起点でRNAプライマーを組み立てることから始まります。RNAプライマーは、複製準備中のDNA鎖の短い初期部分に相補的な短いRNAヌクレオチド配列から構成されます。次に、DNAポリメラーゼがRNAプライマーにDNAヌクレオチドを付加し、新しい相補鎖DNAの構築プロセスを開始します。その後、RNAプライマーは酵素的に除去され、適切なDNAヌクレオチド配列に置き換えられます。 DNA分子の2本の相補鎖は反対方向に配向しており、DNAポリメラーゼは一方向への複製しか行えないため、DNA鎖を複製するための2つの異なるメカニズムが用いられます。一方の鎖は巻き戻し方向に連続的に複製され、元のDNA分子の部分が分離されます。一方、もう一方の鎖は反対方向に不連続的に複製され、岡崎フラグメントと呼ばれる一連の短いDNA断片が形成されます。各岡崎フラグメントには、それぞれ別のRNAプライマーが必要です。岡崎フラグメントが合成されるにつれて、RNAプライマーはDNAヌクレオチドに置き換えられ、断片は連続した相補鎖として結合されます。[ 12 ]
核DNAの損傷は、さまざまな内因性および外因性の破壊的要因から生じる持続的な問題です。真核生物は、核DNAの損傷を除去する多様なDNA修復プロセスを進化させてきました。これらの修復プロセスには、塩基除去修復、ヌクレオチド除去修復、相同組換え修復、非相同末端結合、およびマイクロホモロジー媒介末端結合が含まれます。このような修復プロセスは、核DNAの安定性を維持するために不可欠です。修復活性が損傷の発生に追いつかないと、さまざまな悪影響が生じます。核DNAの損傷、およびそのような損傷によって引き起こされる突然変異やエピジェネティックな変化は、がんの主な原因と考えられています。核DNAの損傷は、老化[ 13 ]や神経変性にも関与しています。[ 14 ] [ 15 ]
核DNAは突然変異を起こしやすい。突然変異の主な原因は、 DNA複製の不正確さであり、多くの場合、鋳型鎖の過去のDNA損傷を合成する特殊なDNAポリメラーゼ（エラーを起こしやすい損傷乗り越え合成）によるものである。[ 16 ]突然変異は、DNA修復の不正確さによっても生じる。二本鎖切断の修復のためのマイクロホモロジー媒介末端結合経路は、特に突然変異を起こしやすい。[ 17 ]生殖細胞系列の核DNAに生じる突然変異は、ほとんどの場合、中立的または適応的に不利である。しかし、有利であることが証明される少数の突然変異は、自然選択が作用して新たな適応を生み出す遺伝的変異を提供する。
