DNA複製の仕組みとテロメア

1. DNAの半保存的複製

　細胞分裂が生じるときには、DNAのコピーが合成され、娘細胞に分配される必要がありますが、このようにDNAのコピーを作る仕組みをDNAの複製といいます。

このとき、複製された二本鎖のDNAのうち、片方のヌクレオチド鎖は元のDNAから受け継がれており、もう片方のヌクレオチド鎖は、それと相補的になるように新たに合成されたものになります。

このような複製の仕組みを「半保存的複製」と呼び、生物が行うDNA複製の仕組みは、この半保存的複製を採用していることがわかっています。

2. DNAの複製起点と複製フォーク

　DNAの複製が開始される部位のことをDNAの複製起点といいます。原核生物の場合、複製起点は１つしかありませんが、真核生物には複製起点が複数あることが特徴の一つになっています。

複製起点にはさまざまなタンパク質が集積し、複製フォーク（二本鎖DNAが解離してできるY字型の領域のこと）と呼ばれる部位を形成することで、一連のDNA複製が行われています。

※一回の複製で複製できる範囲のことはレプリコンといいます。

DNAの複製は、主にDNAトポイソメラーゼ、DNAヘリカーゼ、DNAプライマーゼ、DNAポリメラーゼ、DNAリガーゼの５つの酵素による反応によって行われています。

以下では、これらの酵素の働きとともに、DNA複製の流れについて確認していきましょう。

①DNAトポイソメラーゼ：ねじれの解消

②DNAヘリカーゼ：二本鎖をほどく

②'一本鎖DNA結合タンパク質（SSB）：一本鎖DNAの安定化

④DNAポリメラーゼ：DNAの合成・伸長

⑤DNAリガーゼ：DNA断片をつなぐ

2. テロメアと末端複製問題

　環状DNAをもつ原核生物とは違って真核生物のDNAは線状DNAであることから、ラギング鎖の末端でRNAプライマーが分解された後、その部分にDNAポリメラーゼが働くことができず、DNAは複製の度にラギング鎖側のDNAの3′末端が短縮してしまいます。

この現象は特に末端複製問題と呼ばれており、細胞の分裂回数が決まっていたり、生物の寿命と密接に関係していたりすることなどで知られています。

真核生物には染色体末端にテロメアと呼ばれる反復配列（GGGATTの繰り返し配列）をもっていますので、末端複製問題はこのテロメア領域において起こりますが、細胞分裂の度にテロメアは約100塩基ずつ短縮してしまいます。

テロメアの短縮は、染色体の不安定化を引き起こすことで細胞死を誘導してしまいます。

がん細胞や幹細胞では、このテロメアの短縮を防ぐために、テロメラーゼと呼ばれる酵素によってテロメアを伸長させることができることが知られていますが、ヒトの体細胞では発現していないか、あるいは活性が低いことが知られています。

がん細胞が無限に増殖することができる仕組みの一つに、このテロメラーゼが関与しているとも言われています。

DNA複製の仕組みとテロメアについてはこれで以上です。
次は「1)原核生物の転写調節の仕組み」について学んでいきましょう。

【参考】

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