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2013年12月 8日 (日)

DNAと遺伝子は違う

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DNAと遺伝子は違う

- タンパク質の合成に「使われない情報領域」 -

 

石浦章一著「サルの小指はなぜヒトより長いのか」(新潮文庫)を読んでいたら、
DNAや遺伝子について興味深い記述があったので、今日はそれを紹介したい。
この本、文系の大学1年生向けの講義をまとめたものらしい。

     (以下水色部、本からの引用・要約)

 

我々の遺伝情報を担うデオキシリボ核酸(DNA)が二重螺旋(らせん)構造をしていて、
アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)という四種類の化学物質が
塩基対というペアを作って二本の鎖を結びつけていて、
という基本的な話は今日は省略するが、
高校の生物で初めてこの構造を知ったときは、シンプルでかつ
なんて美しいンだろう、と感激した記憶がある。

この世紀の大発見の論文は、
ジェームズ・ワトソン、フランシス・クリックの連名で1953年に発表されたものだが、
論文自体は1ページ強しかない。極めて短いものだ。

ちょうど60年前の論文を見てみよう。ここに原文がある。

We wish to suggest a structure...
「構造を提案したい」と静かに始まる論文は、たったこれだけ。
発見の質に論文の長さは関係ないのだ。

ワトソンとクリックは、
モーリス・ウィルキンスやロザリンド・フランクリンらのX線結晶解析データをもとに
DNAの分子モデルをつくりあげた。
この研究でワトソン、クリック、ウィルキンスの3人が1962年にノーベル医学生理学賞を
受賞している。
女性研究者のフランクリンは1957年に亡くなっていたため受賞することはできなかった。


さて、今日の話を始めたい。

DNAは遺伝情報の塊(かたまり)ではあるが、その全部が重要というわけではないらしい。
「いらない部分」がある、ということについて見ていきたい。

 

【「大事な部分(エキソン)」と「いらない部分(イントロン)」がある】

私たちの遺伝子はどのようになっているのだろうか。
私たちのDNAは二本がらせんになって並んでいるのですが、
並び方が大事なものといらないものが順番になっています。
・・・

ある部分は非常に大事で、そこから先にいらない部分があり、
また大事な部分がくる、というように、
大事なものといらないものが交互に出てくることがわかっています。
・・・

それで、その大事な部分をエキソンと呼びます。
その後に出てくるいらない部分をイントロンと言います。

 

【センス鎖とアンチセンス鎖】

遺伝子は必ずATGから読まれてタンパク質が作られるという規則があります。
ATGという三文字があるところから始まりますから、
ATGがある方の鎖が本当の遺伝子がある方で、センス鎖と言います。

もう一方のATGがない鎖(TACとなっている鎖)は、
その相補的な鎖になるわけで、アンチセンス鎖といいます。

ちょっと専門用語になって申し訳ないけど、
このように、センス鎖とアンチセンス鎖というのがあります。

 

【遺伝子の始まりはATG、終わりも決まっている】

では、遺伝子はどこで終わるのかというと、終わる場所も決まっていて、三通りあります。
その三つとはTGA、TAG、TAAで、遺伝子はこの三カ所で終わることがわかっています。

 

【書く時はセンス鎖、という決まり】

 で、遺伝子を書くとき、両方の鎖を書かなければ本当はいけないのですが、
大事な方はセンス鎖ですから、センス鎖を書くという決まりがあります。
・・・

でも、実際は裏側にもう一本DNAがあって、
ATGの裏側はTACとなっているんだということを知っておいてください。

 

【ここで簡単に復習】

もう一度復習しますよ。
DNAの途中にATGがある。遺伝子はここから始まって、例えばTGAで終わる。

ちなみに、この後に「AATAAA」という場所がありますが、
何のためにこれがあるかは後ほど説明します。

 

絵を書くと次のようになる。
ここでは二本の鎖をまっすぐに伸ばして、センス鎖とアンチセンス鎖として描いている。
[ATG]から始まる部分を持つほうがセンス鎖だ。

黄色い部分がイントロン、「いらない部分」を表している。
青色の部分がエキソン、つまり「大事な部分」。
イントロンとエキソンは鎖上で交互に並んでいる。

Photo
   図1 センス鎖とアンチセンス鎖

 

【いよいよタンパク質の作成開始】

私たちの体を作るときには、
アンチセンス鎖を鋳型(いがた)にして一次転写産物というのを作ります。

アンチセンス鎖を鋳型にするので、始めはTACの相補的なものができます。
普通に考えるとATGとなりますが、
実は一次転写産物というのはRNAという物質でできているため、
Tの代わりにUという別の物質が入ってきます。
・・・

DNAではTだったのが、RNAではUという文字に変わります。

だから、一次転写産物はAUGから始まって、例えばUGAで終わり、
そしてAAUAAA……と続きます。

 

ここからが面白い。

【大事な部分だけが繋がる。】

次にメッセンジャーRNA(mRNA)という物質が作られるのですが、
そのときにいらないものがなくなっちゃいます。

イントロンという、いらない部分が切り取られ、
大事なエキソンの部分だけがつながっていきます。

そして、後ろには先ほどお話しした「AAUAAA」という場所が必ずあり、
そのちょっと後ろのところでちょん切られます。

一方、このメッセンジャーRNAの分解を防ぐために、
始めの方にキャップと呼ばれている帽子が付きます
・・・

 ここでできたメッセンジャーRNAというのはアンチセンス鎖の相補的なものですから、
実は、並びがセンス鎖とそっくりになるわけです。
TがUに変わっただけですね。
つまり、大切な方のセンス鎖が、そのままメッセンジャーRNAに出てくるわけです。

 

絵で示すとこんな感じだ。
タンパク質合成のために、DNAの一部のみが転写されるが、その際、
黄色い部分(いらない部分:イントロン)が除かれ、
青色の部分(大事な部分:エキソン、E1,E2,E3)のみが繋がっていくことになる。

Mrna
   図2 DNAからタンパク質ができるまで

 

【メッセンジャーRNA(mRNA)とは?】

 それで、先ほどの「AAUAAA」が
実は「ポリA(Aがたくさんつながっているという意味)を付けろ」という
シグナルになっていて、このシグナルの後にAという物質ばかりがずっと並んでいきます。

これが正式なメッセンジャーRNAというものです。
この「AAUAAA」というところがあると、何かがこれを見分けて、
すぐ後ろに「AAA…」と並べていくわけです。

つまり、私たちの体では、
できたメッセンジャーRNAには必ずキャップが付いて、
エキソンが並んでいて、ポリAが付く、
こういう構造になります。

 

【タンパク質はmRNAにしたがって合成される】

 それで、このメッセンジャーRNAから皆さんの体が作られていくわけです。
皆さんの体はタンパク質でできていますが、
タンパク質というのはメッセンジャーRNAを読み取って作られているんですね。
で、面白いことに、読み取られていくときは三文字ずつなんです。

例えば、最初のAUGを読み取るとメチオニンというアミノ酸ができます。
また、UUUというのがあると、フェニルアラニンというアミノ酸ができます。
細かいことはどうでもいいんですが、
とにかく三つずつ読み取っていくとアミノ酸がつながってタンパク質ができていくわけです。

 つまり、タンパク質が体を作るので、
皆さんの体というのはDNAのセンス鎖の並びで決まっているわけです。

 

【DNAと遺伝子は違う】

 では、DNAと遺伝子はどう違うのだろうか? 
遺伝子とDNAを同じように考えているかもしれませんが、実は違うんです。

 遺伝子というのは、そこからある一つのタンパク質ができるところを言います。
例えばエキソンが三つあったとき、
間のイントロンがなくなって三つのエキソンがつながり
一種類のメッセンジャーRNAができます。

そこから一つのタンパク質が作られますね。
そういう場所のことを遺伝子と言います。

 

スクロールして隠れてしまっていると思うので、ここで再度、同じ図2を示したい。
Mrna
   図2 DNAからタンパク質ができるまで

 

黄色い部分はイントロンで、mRNAには反映されない。

つまり転写領域には「いらない部分」があるわけだが、
一番上に示した通り、DNAには転写領域とは別に「ジャンク」と呼ばれる領域もある。
ここもタンパク質の合成には使われていない。

DNAにはこのようにあちこちに使われない情報領域がある。
では、この「イントロン」と「ジャンク」はDNAにおいて
どれくらいの比率で存在しているのであろうか?

また、「ジャンク」の部分にはいったいどんな情報が書き込まれているのであろうか?

この話、次回に続きます。

 

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