金沢大学大学院新学術創成研究科ナノ生命科学専攻博士前期課程2年／ナノ精密医学・理工学卓越大学院プログラム履修者の楊 京格、ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）／新学術創成研究機構のリチャード・ウォング教授は、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）（※1）により、DNA分解酵素DNase I（※2）がDNAに接近・結合し、切断する一連の過程を1分子レベルで捉えることに成功しました。
ウォング教授らのグループは、これまで高速AFMを用いて、核膜孔複合体（NPC）やクロマチンなど、細胞核内の生命現象をナノスケールで直接観察する研究を進めてきました。
今回、その研究対象をDNAそのものへと発展させ、DNA凝縮タンパク質のプロタミンによって形成される高次構造にも着目しました。
DNase I はDNA上を無作為に切るだけでなく、特定の局所領域への繰り返しの相互作用を経て、切断・分解が進む様子を観察しました。
さらに、プロタミンによるDNA 凝縮は、DNase I との接触を完全に防ぐのではなく、切断につながる相互作用を抑えることで、DNAを保護することが明らかとなりました。
DNAを切断する酵素は、免疫応答、細胞死、炎症、さらには自己免疫疾患など多くの生命現象に重要な役割を果たします。しかし、これまで研究者が観察できたのは切断後の結果だけであり、酵素がDNA の特定局所領域をどのように探し、どこで止まり、どのように切断するのかは分かっていませんでした。
DNase I は細胞外DNAの除去にも関わることから、本研究で明らかになったDNA高次構造と分解されやすさの関係は、将来的には炎症や自己免疫など、DNAの蓄積やクリアランス異常が関係する生命現象を理解するための基礎となることが期待されます。
本研究成果は、2026年9月24日（日本時間18時00分）に、国際学術誌『Nature Communications』のオンライン版に掲載されました。
図：高速AFMで捉えるDNAの「保護」と「分解」
DNAは高次構造を形成することでヌクレアーゼによる分解から保護される一方、露出したDNAではヌクレアーゼが結合し、切断・断片化が進みます。高速AFMにより、このDNAをめぐる「守る・攻める・砕く」動的過程をナノスケールで可視化しました。右上は高速AFMの探針を表しています。本図は研究成果をイメージ化した模式図です。※一部OpenAIの生成AIサービス「ChatGPT」を使用して作成。
【用語解説】
※1 高速原子間力顕微鏡（高速AFM）
探針と試料の間に働く原子間力を基に、分子の形状やその動態をナノメートル（10-9m）程度の空間分解能と、サブ秒という時間分解能で可視化することができる顕微鏡。
※2 DNase I（デオキシリボヌクレアーゼI）
DNAを小さく切断して分解する酵素（ヌクレアーゼ）の一つ。生体内では、細胞が壊れたり死んだりするとDNAが細胞の外へ放出されることがある。DNase I は、このような不要になったDNAを切断・除去する、いわば「DNAのお掃除役」として働く。DNAが適切に除去されず体内に残ると、免疫系がそれを異物や危険信号として認識し、炎症などにつながる場合がある。そのため、DNase I はDNAの適切な分解により体内の環境を正常に保つうえでも重要な酵素。
ジャーナル名：Nature Communications
研究者情報：リチャード・ウォング
関連情報
PAGE TOP