研究者らが、人間のDNAが3次元でどのように折りたたまれ、時間とともに再編成されるかを示す、これまでに最も詳細な地図を作成した。この研究は、Northwestern Universityの科学者らが主導する4D Nucleomeプロジェクトの一環で、ゲノムの構造が遺伝子活性や疾患リスクにどのように影響するかを強調している。Natureに掲載された発見は、がんなどの疾患に関連する遺伝子変異の発見を加速させる可能性がある。
遺伝学における重要な進歩として、Northwestern Universityの科学者らが4D Nucleomeプロジェクトで協力し、人間ゲノムの3次元組織とその時間的変化の包括的な地図を作成した。研究では、人間胚性幹細胞と線維芽細胞を使用して、細胞の成長、機能、分裂中にDNAがどのように相互作用し、折り畳まれ、移動するかを捉えた。2025年にNature誌に掲載されたこの研究は、遺伝子発現を制御する物理的配置についての新たな洞察を提供する。 DNAは細胞内で直線状の糸として残らない；核内でループやコンパートメントを形成し、どの遺伝子が活性化または不活性化されるかを決定する。これにより、発生、細胞のアイデンティティ、疾患感受性が影響を受ける。チームは複数のゲノム技法を統合して詳細なデータセットを生成し、細胞タイプあたり14万以上のクロマチンループと遺伝子を調節するアンカー要素を明らかにした。また、染色体ドメインを分類し、単一細胞レベルでの高解像度3Dモデルを作成し、転写やDNA複製などのプロセスに関連する構造の変異を示した。 共同筆頭著者のFeng Yueは、Northwesternの生化学・分子遺伝学部門のDuane and Susan Burnham分子医学教授で、この仕事の重要性を強調した。「ゲノムが3次元でどのように折り畳まれ、再編成されるかを理解することは、細胞の機能を理解する上で不可欠だ」とYueは述べた。「これらの地図は、ゲノム構造が空間と時間で遺伝子活性をどのように調節するかを前例のない視点で提供する。」 研究者らは、ループ、ドメインボーダー、位置変化の検出における各種技術の有効性を評価した。また、DNA配列のみからゲノムの折り畳みを予測する計算ツールを開発し、実験なしで遺伝子変異が3D構造をどのように変化させるかを推定可能にした。 これらの進歩は医学に有望で、特に多くの疾患関連変異が非コード領域で発生するためである。「3Dゲノム組織は、これらの病原性変異が影響を与える可能性のある遺伝子を予測するための強力な枠組みを提供する」とYueは指摘した。将来的な応用には、白血病などの癌における構造的異常を標的とするエピジェネティック阻害剤などの薬剤が含まれる可能性があり、新たな診断法や治療法につながるかもしれない。
