研究者たちは初めて、喫煙などの行為によって変化し、肺がんにつながる可能性のある遺伝子を増幅することに成功しました。増幅後も遺伝子には変化した情報が保持されるため、これはこの種の遺伝子変化を迅速かつ効率的に特定し、がんの原因を分析する能力を高めるうえで重要な一歩となります。
がんの発生は、大半の場合、人の遺伝物質に生じる小さな変化を特徴とします。細胞のDNAが特定の領域で変異し、その結果、細胞は制御された形で分裂できなくなり、無秩序に増殖し始めます。多くの場合、この種の遺伝子変異には、DNAを構成する個々の構成要素に対する化学的変化が伴います。こうした変化は、たばこの喫煙や、塩漬け肉などの食品の摂取によって引き起こされます。これらの物質に含まれる成分が細胞のDNAの構成要素と化学反応を起こして変化させ、DNA付加体を形成するためです。これまで科学者は、遺伝子サンプルに付加体が含まれているか、含まれている場合はいくつあるかを判定できました。しかし、この手順には手間がかかり、遺伝暗号のどの構成要素が付加体に変化したのかを正確に突き止めることはできませんでした。
食品・栄養毒性学教授のShana Sturlaが率いるチームの研究者たちは、DNA付加体を含む遺伝子サンプルを、付加体の情報を保持したまま増幅することに初めて成功しました。この種の増幅は、研究者が遺伝子のDNA配列を決定するために用いる技術の大半に不可欠な前提条件です。そのため将来的には、DNAシーケンシングの対象をDNAの4種類の基本構成要素から付加体にまで広げられる可能性があります。「がんの発生に関わる分子機構とそれに対応するリスク要因を詳細に分析するための重要な手段を、科学界が得ることになるでしょう」とSturlaは述べています。
変化したDNA構成要素（赤く光る部分）を含む遺伝子は、ETHの研究者が作製した人工DNA構成要素（縞模様）のおかげで増幅できます。（イラスト：O’Reilly Science Art）
人工的な対応物を発見
研究者たちは、特定の典型的なDNA付加体である、O-6-benzylguanineと呼ばれるアルキルグアニンに焦点を当てました。試験管内で酵素反応を再現し、細胞内でDNAが自然に複製される仕組みになぞらえて、遺伝物質の相補鎖を作製しました。まず科学者たちは、アルキルグアニンの位置に組み込める人工的な対応物を見つける必要がありました。自然界ではDNAの基本構成要素に対応する分子は作られますが、DNA付加体に対応する分子は作られないためです。そのため、付加体が存在すると、通常の遺伝子複製ではコピーの誤り（変異）が生じます。
ETHの研究者たちは、DNAの基本構成要素の人工誘導体を複数、実験室で作製し、アルキルグアニンの候補となる対応物として試験しました。そのうちの一つが特に適していることが分かりました。続いて研究者たちは、アルキルグアニンを含む遺伝子の相補鎖を作製できました。
Sturlaと同僚たちの研究の目的は、付加体が存在していても遺伝子を増幅できることを実証することでした。同じ方法を用いて、研究者たちは今後、他の付加体に対応する人工分子を見つけられる可能性があります。ETH教授が指摘するように、これは将来、変化した遺伝子を増幅し、その配列をより容易に特定できることを意味します。2010年、Shana Sturlaは欧州研究会議から5年間のERC Starting Grantを授与されました。今回のプロジェクトは、この助成金によって一部資金提供を受けました。
参考文献
Wyss LA、Nilforoushan A、Eichenseher F、Suter U、Blatter N、Marx A、Sturla SJ：DNAポリメラーゼによる変異原性DNA付加体に対向する人工ヌクレオチドの特異的取り込み。Journal of the American Chemical Society、2014年12月9日、doi:10.1021/ja5100542
この記事は、 ETH Zurichとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
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著者：Fabio Bergaminはバーゼルとストラスブールでバイオテクノロジーを学び、ベルン大学で免疫学の博士号を取得しました。
画像：2008年4月3日、フランス南部マルセイユのアンブロワーズ・パレ病院で、がん予防の健康診断後に放射線科医が乳房X線写真を確認している。REUTERS/Jean-Paul Pelissier。
