プリンキピア

第14章DNAの構造と機能

Telomerase and Agingテロメラーゼと老化

Cells that undergo cell division continue to have their telomeres shortened because most somatic cells do not make telomerase. This essentially means that telomere shortening is associated with aging. With the advent of modern medicine, preventative health care, and healthier lifestyles, the human life span has increased, and there is an increasing demand for people to look younger and have a better quality of life as they grow older.
英語のヒント
ほとんどの体細胞はテロメラーゼを作らないため、細胞分裂を行う細胞では、テロメアが短くなり続ける。これは、テロメアの短縮が老化と関連していることを意味する。現代医学、予防医療、より健康的な生活習慣の登場により、ヒトの寿命は延びた。それに伴い、年齢を重ねても若く見え、生活の質をよりよく保ちたいという要望が高まっている。
In 2010, scientists found that telomerase can reverse some age-related conditions in mice. This may have potential in regenerative medicine. Jaskelioff et al., “Telomerase reactivation reverses tissue degeneration in aged telomerase-deficient mice,” Nature 469 (2011): 102-7. Telomerase-deficient mice were used in these studies; these mice have tissue atrophy, stem cell depletion, organ system failure, and impaired tissue injury responses. Telomerase reactivation in these mice caused extension of telomeres, reduced DNA damage, reversed neurodegeneration, and improved the function of the testes, spleen, and intestines. Thus, telomere reactivation may have potential for treating age-related diseases in humans.
英語のヒント
2010年、科学者たちは、テロメラーゼがマウスの加齢に伴う状態の一部を逆転させられることを発見した。これは再生医療に役立つ可能性がある。Jaskelioff et al., “Telomerase reactivation reverses tissue degeneration in aged telomerase-deficient mice,” Nature 469 (2011): 102–7。これらの研究では、テロメラーゼを欠損したマウスが用いられた。このマウスには、組織の萎縮、幹細胞の枯渇、器官系の機能不全、組織損傷への応答の低下が見られる。テロメラーゼを再活性化すると、テロメアが伸び、DNA損傷が減り、神経変性が逆転し、精巣・脾臓・腸の機能が改善した。したがって、テロメアの再活性化は、ヒトの加齢関連疾患の治療に役立つ可能性がある。
Cancer is characterized by uncontrolled cell division of abnormal cells. The cells accumulate mutations, proliferate uncontrollably, and can migrate to different parts of the body through a process called metastasis. Scientists have observed that cancerous cells have considerably shortened telomeres and that telomerase is active in these cells. Interestingly, only after the telomeres were shortened in the cancer cells did the telomerase become active. If the action of telomerase in these cells can be inhibited by drugs during cancer therapy, then the cancerous cells could potentially be stopped from further division.
英語のヒント
がんは、異常な細胞の制御されない分裂によって特徴づけられる。細胞は変異を蓄積し、制御されずに増殖し、転移と呼ばれる過程によって体の別の部分へ移動することがある。科学者たちは、がん細胞のテロメアが著しく短くなっており、その細胞ではテロメラーゼが活性化していることを観察している。興味深いことに、テロメラーゼが活性化したのは、がん細胞のテロメアが短くなった後で初めてだった。がん治療中に、こうした細胞のテロメラーゼの働きを薬で阻害できれば、がん細胞がさらに分裂するのを止められる可能性がある。

Section Summary節のまとめ

Replication in eukaryotes starts at multiple origins of replication. The mechanism is quite similar to that in prokaryotes. A primer is required to initiate synthesis, which is then extended by DNA polymerase as it adds nucleotides one by one to the growing chain. The leading strand is synthesized continuously, whereas the lagging strand is synthesized in short stretches called Okazaki fragments. The RNA primers are replaced with DNA nucleotides; the DNA Okazaki fragments are linked into one continuous strand by DNA ligase. The ends of the chromosomes pose a problem as the primer RNA at the 5’ ends of the DNA cannot be replaced with DNA, and the chromosome is progressively shortened. Telomerase, an enzyme with an inbuilt RNA template, extends the ends by copying the RNA template and extending one strand of the chromosome. DNA polymerase can then fill in the complementary DNA strand using the regular replication enzymes. In this way, the ends of the chromosomes are protected.
英語のヒント
真核生物の複製は、複数の複製起点から始まる。その仕組みは、原核生物の場合とよく似ている。合成の開始にはプライマーが必要であり、DNAポリメラーゼが伸長中の鎖にヌクレオチドを1個ずつ付加して、それを伸ばす。リーディング鎖は連続的に合成されるが、ラギング鎖は岡崎フラグメントという短い断片として合成される。RNAプライマーはDNAヌクレオチドに置き換えられ、DNAの岡崎フラグメントは、DNAリガーゼによって1本の連続した鎖につながれる。染色体末端では、DNAの5′末端にあるRNAプライマーをDNAに置き換えられず、染色体が次第に短くなるという問題が生じる。RNA鋳型を内蔵する酵素テロメラーゼは、そのRNA鋳型をコピーして染色体の一方の鎖を伸ばすことで、末端を延長する。その後、DNAポリメラーゼが通常の複製酵素を用いて、相補的なDNA鎖を埋めることができる。このようにして、染色体の末端が保護される。

Review Questions確認問題

Exercises 29–30練習問題 29–30
Exercise 29問題 29
The ends of the linear chromosomes are maintained by
直鎖状染色体の末端を維持するのは、どれか。
  1. helicase
    ヘリカーゼ
  2. primase
    プライマーゼ
  3. DNA pol
    DNAポリメラーゼ
  4. telomerase
    テロメラーゼ
Solution解き方
D
D
Exercise 30問題 30
Which of the following is not a true statement comparing prokaryotic and eukaryotic DNA replication?
原核生物と真核生物のDNA複製を比較した記述として、正しくないものはどれか。
  1. Both eukaryotic and prokaryotic DNA polymerases build off RNA primers made by primase.
    真核生物と原核生物のDNAポリメラーゼは、どちらもプライマーゼが作ったRNAプライマーをもとに鎖を伸ばす。
  2. Eukaryotic DNA replication requires multiple replication forks, while prokaryotic replication uses a single origin to rapidly replicate the entire genome.
    真核生物のDNA複製には複数の複製フォークが必要だが、原核生物の複製では1つの複製起点からゲノム全体を速やかに複製する。
  3. DNA replication always occurs in the nucleus.
    DNA複製は常に核の中で起こる。
  4. Eukaryotic DNA replication involves more polymerases than prokaryotic replication.
    真核生物のDNA複製には、原核生物の複製より多くのポリメラーゼが関与する。
Solution解き方
C
C

Critical Thinking Questions考察問題

Exercises 31練習問題 31
Exercise 31問題 31
How do the linear chromosomes in eukaryotes ensure that its ends are replicated completely?
真核生物の直鎖状染色体では、末端が完全に複製されるよう、どのような仕組みが働くか。
Solution解き方
Telomerase has an inbuilt RNA template that extends the 3' end, so primer is synthesized and extended. Thus, the ends are protected.
テロメラーゼにはRNA鋳型が内蔵されており、それによって3′末端が伸長するため、プライマーを合成して伸ばせるようになる。こうして末端が保護される。
endonuclease
エンドヌクレアーゼ
enzymes that cleave the phosphodiester bond within a polynucleotide chain
ポリヌクレオチド鎖の内部のホスホジエステル結合を切断する酵素。
telomerase
テロメラーゼ
enzyme that contains a catalytic part and an inbuilt RNA template; it functions to maintain telomeres at chromosome ends
触媒部分と内蔵のRNA鋳型を含む酵素。染色体末端のテロメアを維持する働きをもつ。
telomere
テロメア
DNA at the end of linear chromosomes
直鎖状染色体の末端にあるDNA。