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2019年5月28日 (火)

ホタルの発光で癌を見つける 《バイオニクス専攻/たか》

こんにちは。バイオニクス専攻のたかです。

新年度が始まってから、早いもので1ヶ月経ちました。
杉花粉からの攻撃が終わり、ようやくマスクを必要としない平和な季節がやって来ましたね。
しかし、某ハム球団の勝率は平和ではありませんね。先行きが少し不安。令和からは打線が爆発してほしいです。

話がだいぶ脱線しましたが、前回のBLOGでも言っていた通り、今回は本研究室でやっている研究について紹介したいと思います。
本研究室で、遂行している研究テーマは複数ありますが、今回は私が関わる研究について。
本研究では、癌などの疾患を簡単に検出することを目指して、バイオセンサーの開発を進めています。

では、どのように癌を検出するのか。まず本研究で着目した癌の指標がDNAメチル化です。
DNAメチル化とは、遺伝子発現の制御に関連するDNA修飾のことを言います。
遺伝子には作用するかしないかを決めるスイッチのような領域(プロモーター)がありますが、このスイッチが高度にメチル化されていると遺伝子スイッチはOFFになり、働かなくなるというわけです。

ヒトは生存に必要な遺伝子を約2万8000個持っているとされています。このうち、どの遺伝子のスイッチがON又はOFFになるか、このON/OFFのパターンによって、心臓や脳、筋肉など異なる機能を持った組織になっていきます。
ですが、ONになるべき遺伝子が高度にメチル化されて機能しなかったり、逆に機能してほしくない遺伝子が出てきてしまったり、といったDNAメチル化異常が生じてしまうと細胞は癌化する可能性が高くなります。
実際に、癌細胞では多くの癌抑制遺伝子がメチル化異常で不活化されることが知られています。ゆえにDNAメチル化は癌を診断する上での指標として期待されます。

これだけDNAメチル化について述べたわけですから、DNAメチル化を検出するのだな?という感じですが、私が検出する癌の目印分子はメチル化ではないのです。
私が焦点を当てたのは「DNAヘミメチル化」です。名前の通り、半分メチル化されたDNAのことです。
DNAは通常は2重らせん構造を組んでいるので、上記したDNAメチル化状態では2本鎖の両鎖ともメチル化されています。一方でヘミメチル化DNAは2本鎖の片鎖のみがメチル化されている状態のことを指します。
このヘミメチル化DNAは腎腫瘍や卵巣癌において多く存在していることがわかっています。なので、ヘミメチル化DNAも癌の目印分子として期待できます。本研究では、このヘミメチル化DNA検出法の開発を試みました。

Bsta_2_1


ヘミメチル化DNAに結合するタンパク質とホタルの持つ光るタンパク質を組み合わせた融合蛋白質を人工的に作製し、光でヘミメチル化DNAを検出することにしました。
この方法は標的DNAと人工融合蛋白質、DNAに結合する蛍光物質を混合するだけの簡単な方法で、ヘミメチル化部位があるとホタルの発光によってDNA結合蛍光物質が光ります。逆にヘミメチル化部位がないと蛍光分子の光が示されないということですね。

従来法は化学処理などの煩雑な操作や過程、大型な精密機器を必要とするのに対し、本手法は試薬を混合して光を見るだけの簡単な測定法です。光を見るだけならば、お医者さんに診断してもらわなくても、自宅で個人的に出来そうですね。
将来的にはスマートフォンのカメラを利用して、光を検出すれば在宅型の癌診断が可能になると期待しています。そうすれば、予防診断として気軽に診断できますし、癌の超早期発見にも繋がると考えています。

本研究は学部3年生の時から約2年間実施し、昨年11月頃に論文として海外雑誌で発表できました。
私が修士1年の頃に執筆を始め、受理されるまで非常に辛い毎日でしたが、英語での表現力や科学的知識を高度に身につけられた良い機会でした。

さて、今回はDNAメチル化、ヘミメチル化についてお話ししましたが、DNAはメチル化以外にもあらゆる修飾が存在し、遺伝子発現の制御や細胞死などに関連しています。本研究では、そんな他のDNA修飾も同様に検出する研究も遂行中です。

だいぶ長文になってしまいましたが、今回はこれくらいで。
次回もよろしくお願いします!

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