広報活動

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2009年9月28日

独立行政法人 理化学研究所

生命進化の理由の1つは、遺伝物質にDNAを選択した結果と判明

-RNAから始まった原始生命が、進化の過程で「DNA」を選択した謎を解く-

相同組み換えタンパク質に結合したDNAとRNAの構造(タンパク質は省略)

ヒトやサルを含むさまざまな真核生物では、父方由来、母方由来の配偶子が接合した後、DNAが混ぜ合わさって次の子孫が誕生します。DNA相同組み換え(相同組み換え)と呼ばれるこの現象は、生物の遺伝的な多様性の獲得を可能にし、新たな形質を身につけて環境に適応していくという、進化の上で重要な役割を果たしていると考えられています。 しかし、インフルエンザウイルスなどの原始的な生命は、遺伝子としてRNAを持っています。なぜ進化した高等真核生物は、遺伝子としてDNAを使用しているのか?この問いに対する答えは謎でした。

基幹研究所生体超分子構造・機能研究グループは、互いに相同なDNA領域を組み換える相同組み換えが、RNAでなくDNA固有の化学構造に起因していることを突き止めました。相同組み換えは、相同組み換えタンパク質が触媒となり進行します。これまで、バクテリアのRecAというタンパク質をはじめ、さまざまなタイプのタンパク質が触媒の役割を担うことが報告されています。

そこで研究グループは、形や大きさ、その立体構造、そして進化の由来までもが異なる4種のタンパク質を選び、同一の単鎖DNAと結合させて、そのDNAの立体構造をNMR法で解析しました。その結果、驚くべきことに4種のどの相同組み換えタンパク質と結合しても、単鎖DNAは同じ構造をしていることが分かりました。具体的には、タンパク質と結合する前では縮んでいたDNAが、結合後は引き伸ばされ、DNAを構成する塩基が組み換えに必要な回転運動を行うことができるようになっていました。一方、RNAではこの引き伸ばされた構造が得られません。その理由は、DNAの糖鎖の2位が水素原子(H)であるのに対して、RNAでは水酸基(OH)であるため、その容積が大きく、隣の塩基と衝突してしまい、引き伸ばされた状態で安定化できないためでした。

RNAを遺伝子と持つ生命では相同組換えが観察されないことから、生命の進化には、DNAでのみ可能な相同組み換えが大きな役割を果たしていることが考えられます。

理化学研究所
基幹研究所 生体超分子構造・機能研究協力グループ
専任研究員 美川 務(みかわ つとむ)
Tel: 045-508-7224 / Fax: 045-508-7364