クエリ: 細胞分裂のたびに短くなり、老化との関連が指摘されている、染色体の末端にある染色体を保護する構造物を何という?
文章: テロメア テロメアは特徴的な繰り返し配列をもつDNAと、様々なタンパク質からなる構造である。DNAは5'末端から3'末端に向かって複製される(DNA複製参照)。したがって、鋳型DNAの片方はDNA二重鎖がほどけると同時に複製されるが、もう片方は何度もDNAポリメラーゼ(DNAを複製)が働くこととなり、どうしても複製できない部分が残ってしまう。それを補うために無意味な繰り返し配列=テロメアがある。 真核生物の染色体は直線状であり、DNAには末端が存在する。細胞内に存在するテロメア以外のDNA末端は、感染したウイルスに由来するものや、DNA損傷による切断によって生じたものである。これらの末端は細胞がもつDNA分解酵素やDNA修復機構の標的となるが、テロメアのDNA末端は正常なものであり、このような分解や修復を受けてはならない。そのためテロメアはその特異な構造により、DNAの分解や修復から染色体を保護し、物理的および遺伝的な安定性を保つ働きをする。テロメアを欠いた染色体は、細胞によって異常なDNA末端と見なされ、酵素による分解や、修復機構による染色体末端どうしの異常な融合が起こる。このような染色体の不安定化は細胞死や発ガンの原因となる。また、テロメアは細胞分裂における染色体の正常な分配に必要とされる。 テロメアの伸長はテロメラーゼと呼ばれる酵素によって行われる。この酵素がない細胞では、細胞分裂のたびにテロメアが短くなる。テロメラーゼはヒトの体細胞では発現していないか、弱い活性しかもたない。そのため、ヒトの体細胞を取り出して培養すると、テロメアの短縮が起こる。テロメアが一定長より短くなると不可逆的に増殖を止め、細胞老化と呼ばれる状態になる。細胞老化は細胞分裂を止めることで、前述のようなテロメア欠失による染色体の不安定化が起こることを阻止し、発ガンなどから細胞を守る働きがあると考えられている。
文章: 中期 (細胞分裂) 中期(英: metaphase)は、真核生物の細胞周期の有糸分裂において、染色体が2番目に強く凝縮している段階である(最も凝縮しているのは後期である)。前中期に引き続いて起こり、後期へと続く。中期では染色体は細胞の赤道面に整列し、前期に形成された微小管は既に動原体に接着している。 中期では、染色体のセントロメアは中期板(metaphase plate)または赤道板(equatorial plate)と呼ばれる、中心体の2つの極から等距離にある仮想的な線上に集められる。この平面的な整列は動原体微小管が反対方向へ引っ張りあう力の平衡によるものであり、2人が同じ力で綱引きをしている状態に似ている。この整列はサイクリンBの分解によって終了する。ある種の細胞では染色体は中期板に整列せず、中心体の極の間をランダムに行ったり来たりしながら、中心線に沿って大まかに整列するだけである。中期の初めごろの事象は前中期の終わりごろの事象と同時に起こり、まだ動原体と微小管が接着していない染色体で前中期の事象が起こっているうちから、接着が完了した染色体では中期の事象が個別に開始される。 前中期と中期の期間には細胞周期チェックポイントが存在する。すべての動原体が微小管の束と正しく接着し、すべての染色体が中期板に整列してから、細胞は後期へ移行する。正しい接着が起こっていない動原体は、たとえほとんどの動原体が接着しほとんどの染色体が整列している状態であっても、後期への進行を防ぐシグナルを発すると考えられている。このようなシグナルはスピンドルチェックポイントとして機能しており、後期促進複合体、セキュリン、セパレースの調節によって行われていると考えられる。 文章: 紡錘体 DNA複製の終了時点では姉妹染色分体はもつれたDNAとタンパク質からなる不定形の塊として互いに結合しており、各娘細胞へ分離することは事実上不可能である。この問題を避けるため、有糸分裂の開始によって複製されたゲノムの劇的な再組織化が開始される。姉妹染色分体のもつれはほどかれ、分割(resolution)される。染色体の長さも短くなり、染色体凝縮と呼ばれる過程で動物細胞では最大10,000倍にまで凝縮される。凝縮は前期に開始され、中期に染色体が紡錘体の中央部に整列するまでには最も小さな桿状構造となる。分裂期の染色体が核型分析で見られるような典型的なX型構造をとるののはこの時点であり、凝縮した各姉妹染色分体は全長にわたってコヒーシンによって連結され、多くの場合染色体の中心部に位置するセントロメアで結合している。 こうした動的な再構成はゲノムの正確で忠実な分離の保証に極めて重要であるが、分裂期の染色体の構造に関する我々の理解は未だ多くが不完全である。しかし、再構成に関与するいくつかの因子が同定されている。II型トポイソメラーゼ(英語版)はATPの加水分解を利用してDNAのもつれの脱連環反応(デカテネーション)を触媒し、姉妹染色分体の分割を促進する。コンデンシンは5つのサブユニットからなる複合体で、これもATP加水分解を利用して染色体凝縮を促進する。ツメガエル卵抽出液での実験では、リンカーヒストンH1も分裂期の染色体の圧縮の重要な調節因子として示唆されている。 文章: DNA複製 脆弱部位では、停止複製フォークのレスキューにおいて相同組換えなどによる複製フォークの再始動が重要となる。脆弱部位をはじめとする染色体のさまざまな部位ではストレスによって不完全なDNA複製が起こり、このことは染色体の再編成 (gross chromosomal rearrangements:GCR)、遺伝子増幅 (copy number variation:CNV)、遺伝子欠失の原因となる。脊椎動物などの真核細胞において、複数の、複製が行われる配列(複製部位)は特定の場所に集まることが知られており、その場所を複製焦点と呼ぶ。複製部位は、免疫染色による娘鎖または複製酵素の、もしくはGFPタグによる複製因子のモニタリングにより観測できるが、それらの実験によって、複製が行われるS期において大きさや位置が様々な複製焦点が、複製フォークの総数よりもはるかに小さな数で存在することが明らかとなった。 文章: 液胞 液胞(えきほう、英: vacuole)は、生物の細胞中にある構造のひとつである。電子顕微鏡で観察したときのみ、動物細胞内にもみられる。主な役割として、ブドウ糖のような代謝産物の貯蔵、無機塩類のようなイオンを用いた浸透圧の調節・リゾチームを初めとした分解酵素による不用物の細胞内消化、不用物の貯蔵がある。ちなみに、不用物の貯蔵についてであるが、秋頃の紅葉が赤や黄色をしているのは、液胞内に色素が不用物として詰め込まれているからである。液胞は、細胞内にある液胞膜と呼ばれる膜につつまれた構造であり、その内容物を細胞液と呼ぶ。若い細胞では小さいが、細胞の成長につれて次第に大きくなる。これは、成長する過程で排出された老廃物をため込むためである。良く育った細胞では、多くの場合、細胞の中央の大きな部分を液胞が占める。 文章: 微小管 微小管は、細胞中に見いだされる直径約 25 nm の管状の構造であり、主にチューブリンと呼ばれるタンパク質からなる。細胞骨格の一種。細胞分裂の際に形成される分裂装置(星状体・紡錘体・染色体をまとめてこう呼ぶ。星状体・紡錘体は中心体・微小管複合体そのものをその形態からこう呼んだ)の主体は、この微小管である。 文章: 終期 (細胞分裂) 終期(Telophase)は、真核生物の有糸分裂及び減数分裂の最後の段階である。古代ギリシア語でτελο(終わりの)φασι(段階)という言葉に由来する。 終期には、核膜や核小体が消失した前期や前中期の逆の過程が起こる。2つの娘核は、各々の娘細胞に取り込まれ、ホスファターゼが細胞の端のラミンを脱リン酸化して、それぞれの核の周りの核膜を形成する。この機構には、2つの説がある。 小胞融合 - 核膜の欠片が融合し、核膜を再生する。 小胞体再形成 - 核膜を吸収した小胞体の一部が核膜を再形成する。 それぞれの染色分体の周りで核膜が再形成されると、核小体も再び現れる。また染色体はほどかれてクロマチンに戻る。終期は、細胞周期の約2%を占める。 核膜が再生されるのと同時に細胞質分裂が起きるが、これらは異なる過程である。 陸上植物の細胞では、ゴルジ体に由来する小胞が隔膜形成体と呼ばれる微小管の足場に沿って細胞の中央に移動する。この構造は、細胞板と呼ばれる細胞壁構成物質の塊を移動させる。細胞板は外側に向かって成長し、最終的に細胞壁となって2つの核を分ける。 文章: 終期 (細胞分裂) 終期(Telophase)は、真核生物の有糸分裂及び減数分裂の最後の段階である。古代ギリシア語でτελο(終わりの)φασι(段階)という言葉に由来する。 終期には、核膜や核小体が消失した前期や前中期の逆の過程が起こる。2つの娘核は、各々の娘細胞に取り込まれ、ホスファターゼが細胞の端のラミンを脱リン酸化して、それぞれの核の周りの核膜を形成する。この機構には、2つの説がある。 それぞれの染色分体の周りで核膜が再形成されると、核小体も再び現れる。また染色体はほどかれてクロマチンに戻る。終期は、細胞周期の約2%を占める。 文章: 細胞核 細胞核(さいぼうかく、英: cell nucleus)とは、真核生物の細胞を構成する細胞小器官のひとつ。細胞の遺伝情報の保存と伝達を行い、ほぼすべての細胞に存在する。通常は単に核ということが多い。 細胞核は細胞の遺伝物質の大部分を含んでおり、複数の長い直鎖状のDNA分子がさまざまな種類のタンパク質 (ヒストンなど) と複合体を形成することで、染色体が形成されている。これらの染色体の内部の遺伝子が核ゲノムを構成しており、細胞の機能を促進するよう構造化されている。核は遺伝子の完全性を維持し、遺伝子発現の調節により細胞の活動を制御する。すなわち、核は細胞のコントロールセンターである。核を作り上げている主要な構造は核膜と核マトリックス(英語版)である。核膜は核全体を包む2層の脂質二重膜で、その内容物を細胞質から分離している。核マトリックス (核ラミナもこれに含まれる) は核内部のネットワーク構造で、細胞を支える細胞骨格のように、核構造の機械的支持を行っている。 巨大な分子は核膜を透過できないので、核膜を越える輸送の調節には核膜孔が必要とされる。孔は二重膜を貫通しており、膜輸送体による能動輸送を必要とする巨大分子が通過するためのチャネルとなっている一方、低分子やイオンは自由に移動する。タンパク質やRNAなどの巨大分子の孔を通っての移動は、遺伝子発現と染色体の維持の両方のプロセスに必要とされる。核の内部には膜結合性の小区画は存在しないが、その内容物が一様であるわけではなく、特定のタンパク質、RNA分子、染色体の特定の部分から構成される、多数の核内構造体が存在する。最もよく知られているのは核小体で、主にリボソームの組み立てに関与している。リボソームは核小体で合成された後、細胞質へ輸送されてmRNAの翻訳を行う。 文章: 細胞内膜系 細胞が迅速に成長している時には、新しく組み立てられたリボソームの大サブユニットと小サブユニットを毎分約6個、核からタンパク質合成が行われる細胞質へ輸送する必要がある。小胞体は、膜に囲まれた合成と輸送のための細胞小器官である。核膜と連続性があり、核膜が拡張されたものと見なすこともできる。小胞体膜は核膜と連結されているため、核と細胞質の間の物質受け渡しの場ともなっている。真核細胞においては、膜の総量の半分以上が小胞体のものである。小胞体は扁平な嚢と分枝した小管から構成されている。これらは相互に連結されており、小胞体の膜は単一の内部空間を閉じる連続的なシートとなっていると考えられている。この高度に畳み込まれた空間は小胞体内腔 (ER lumen または ER cisternal space) と呼ばれる。細胞の種類にもよるものの、小胞体内腔は細胞の総体積の約10%を占めるとされる。 文章: ビメンチン 中間径フィラメントは高等真核生物の細胞骨格として細胞の形態の維持を担う主要な構造蛋白として認知されてきた。特にビメンチンは生物の発生の初期段階から細胞や組織の分化成熟の段階まで多彩な細胞に発現しており、細胞機能に必須の構造蛋白であると考えられてきた。しかし、意外なことに遺伝子改変により作製したビメンチン欠損マウス(vimentin null mouse)は、胎生期に致死的影響を生ずることなく、ほぼ正常な個体として生まれ、細胞や組織の分化成熟を示すことが判明した(Galou et al, 1996; Colucci-Guyon et al, 1994)。GFAP欠損マウス、デスミン欠損マウスでも生存に影響するような重篤な病理変化を生じないことが報告されている。これらの事実は中間径フィラメントが単独で細胞の形態維持や機能を担っているという従来の発想の転換を促している。 文章: DNA依存性プロテインキナーゼ触媒サブユニット 非相同末端結合(NHEJ)は、哺乳類の体細胞がゲノムで継続的に発生する二本鎖切断に対処するための主要なDNA修復プロセスである。 DNA-PKcsは、NHEJ機構の重要な生体分子の一つである。DNA-PKcs欠損マウスは寿命が短く、対応する野生型同腹仔よりも多くの加齢関連の疾病の発症が早い 。これらの発見は、DNA二本鎖切断を効率的に修復できないと早期老化を引き起こすことを示唆し、DNA損傷による加齢理論(英語)を支持する。 文章: CENP-F CENP-Fは、細胞周期のG2期(有糸分裂に備えて迅速にタンパク質合成を行う段階)には核マトリックス(英語版)の一部を構成している。G2期の終盤には、CENP-Fはキネトコアの一部を形成する。キネトコアは円盤型のタンパク質複合体であり、姉妹染色分体のセントロメアを微小管へ接着し、紡錘体を形成する。細胞分裂の過程で、姉妹染色分体は微小管によって引き離される。有糸分裂後期(染色分体が分離される段階)の序盤まで、CENP-Fはキネトコアの一部となっている。後期の終盤にはCENP-Fは紡錘体の中央帯(midzone)に局在し、終期(細胞分裂段階)には細胞間橋(intercellular bridge)に局在する。その後は分解されると考えられている。CENPF遺伝子の変異は発生初期段階で細胞分裂の異常をもたらす。この遺伝子が変異している場合、有糸分裂はより長時間かかることが知られている。 微小管は細胞骨格の一部を構成するタンパク質構造であり、細胞が多様で複雑な形状と遊走能を持つために必要である。微小管は中心体から形成され、中心体には互いに直交した一対の円筒形の中心小体が含まれている。細胞分裂前には、CENP-Fは中心小体の1つ(母中心小体)の末端に局在し、繊毛と呼ばれる細い細胞突起を形成するよう微小管を適切に配向させる役割を果たしている。繊毛の大部分は一次繊毛(primary cilia)であり、遊走、分裂や分化を開始するための細胞シグナル伝達に関与している。CENPF遺伝子の変異はこの繊毛形成能力を破壊し、繊毛は少なくそして短くなることが知られている。 文章: 性染色体 染色体は1842年にカール・ネーゲリ により、塩基性色素で染色される細胞内の構造物として発見された。1888年その構造物を「染色体 (chromosom)」と命名したのはヴァルデヤーである。1902年にウォルター・S・サットンにより染色体が遺伝子の担体であるとする染色体説が提唱され、1920年ごろまでにはモーガンらにより実証された。 ドイツの生物学者ヘルマン・ヘンキングが、細胞分裂のときに他の染色体とは異なり相同染色体とのペアを作らない特殊な染色体をカメムシ(ホシカメムシ)の精巣細胞で見つけたのは、1890年であった。彼はその意義に特に気が付かなかったらしく、この染色体をXと命名したに過ぎなかったが、その後アメリカのマックラング(1902年)やステベンス(1905年)などによって多くの動物で発見され、それが性の決定と深い関係があることが認められ、このX染色体が雌雄で存在する数が異なる性染色体であることが判明した。 植物の性染色体は1917年に苔植物の一種Spaerocarposで最初に報告された。種子植物の性染色体は1923年に、木原と小野がスイバにおいて、Santosがカナダモ、Blackburnがヒロハノマンテマ、Wingeがホップ・セキショウモ・ヒロハノマンテマなどにおいて、それぞれ独立に発見した。 文章: 相同組換え 相同組換えは、植物、動物、菌類、原生生物といった真核生物の細胞分裂に必須である。有糸分裂を経て分裂を行う細胞では、電離放射線やDNAを損傷する化学物質による二本鎖切断は、相同組換えによって修復が行われる。こうした二本鎖切断が修復されないままの場合、体細胞で大規模な染色体再構成が引き起こされ、がんへとつながる可能性がある。DNA修復に加えて、相同組換えは減数分裂によって特殊な配偶子細胞(動物では精子と卵細胞、植物では花粉と胚珠、菌類では胞子)が形成される際に遺伝的多様性が生じるのを助ける。この過程は染色体乗換えによって促進され、類似しているものの同一ではない相同染色体間で交換が行われる。これによって新たな、有益な可能性のある遺伝子の組み合わせが作り出され、子孫に進化的な利点がもたらされる。 文章: 染色体凝縮 すなわち、原核生物においても「染色体凝縮」に相当する過程が存在し、この過程そのものが限られた空間内での染色体の分離に大きな役割をはたしていると考えられる(図4;原核細胞には真核細胞のスピンドルに対応する分裂装置が存在しない)。最近では、Hi-C技術によって、バクテリア型コンデンシンに依存した核様体の構造変換の動態が、 Caulobacter、枯草菌および大腸菌において解析されている。これらの知見は、染色体凝縮という過程を分子レベルでとらえ直し、さらに染色体高次構造を進化的視点から理解する上で極めて重要である。