DNA複製の校正と修復・テロメア

DNAは高度なタンパク質の働きによって複製されていきます。

その過程はこちらにまとめましたので、ぜひ確認してみてください！

DNA複製は、正確さが重要です。誤った複製が行われると、遺伝情報の変化や突然変異が生じる可能性があります。このため、細胞内にはDNA複製を校正・修復する仕組みが存在します。

突然変異とは？
DNAポリメラーゼによる校正
ヌクレオチド除去修復
テロメアによる末端の修復
まとめ

突然変異とは？

突然変異とは、遺伝情報に何らかの変化が生じることです。
これは、DNAの複製時に何らかのエラーが生じ、親DNA鎖を正しくコピーできなかった時に起こる可能性があります。

突然変異は、その結果が疾患などの命を脅かすような変化をもたらすこともあれば、有益な変化をもたらし、進化のきっかけとなることもあります。

しかし通常はDNAの複製はエラーが生じないようなシステムがあるため、突然変異は生じません。そのシステムをみていきましょう。

DNAポリメラーゼによる校正

DNAの複製における、娘DNA鎖のヌクレオチドの塩基結合のミスは、10⁵に１個程度の頻度で生じるといわれています。
しかし完成したDNA鎖にエラーが残っている可能性は10¹⁰に１個程度の頻度です。

つまり、複製時にエラーが生じたとしても、その後修正されるシステムがあるということです。

伸長中の娘DNA鎖にヌクレオチドが付加されると、すぐにDNAポリメラーゼが正しい塩基のヌクレオチドが結合しているかをチェックします。

そして間違ったヌクレオチドを見つけると、それを除去して正しいヌクレオチドが挿入し、合成が再開します。

ヌクレオチド除去修復

DNAの複製ミスが生じて、それがDNAポリメラーゼによる校正を免れた場合は、ヌクレアーゼという酵素によって修復されます。

XPC複合体と呼ばれるタンパク質複合体が、異常な塩基対や傷害を検出する
ヌクレアーゼが間違ったヌクレオチドを切り出す
切断は、異常な部位の両側数塩基対分（通常は20〜30塩基対）で行われます。この切断により、異常な部位が含まれたDNA断片が切り離されます。
その隙間にDNAポリメラーゼによって通常通り正しいヌクレオチドを結合させる
DNAリガーゼが周りのDNA鎖と修復したヌクレオチドを結合し、連続したDNA鎖にする

このような修復機構はヌクレオチド除去修復と呼ばれます。

テロメアによる末端の修復

実は、DNAの複製には大きな問題点があります。

それは、ラギング鎖が親DNA鎖を一部コピーできないということです。

ラギング鎖の形成

詳しくはこちらのページで解説していますが、

DNA鎖は両端がそれぞれ5´末端、3´末端と呼ばれ、対称ではない構造になっています。これが２本集まって二重らせん構造を形成しているわけですが、２本のDNA鎖は逆平行になっています。

そして重要なのが、DNAポリメラーゼによるヌクレオチドの付加は、かならず5´→3´の方向になっているということです。

この図において、複製フォークの進行方向、すなわち新たなDNA鎖の伸長方向は右から左です。

図でオレンジ色で示したように、上の親DNA鎖に対してヌクレオチドを付加するときは、その方向が５´→３´のため伸長し続けることができます。
このようにしてできるDNA鎖（オレンジ）をリーディング鎖といいます。

対して図でピンク色で示したように、下の親DNA鎖に対してヌクレオチドを付加するときは、その方向が3´→5´のためそのままでは伸長することができません。
そこで本来の伸長方向とは逆方向に、短いDNA断片を複数合成します。このDNA断片は岡崎フラグメントと呼ばれます。そして岡崎フラグメントが別の岡崎フラグメントのプライマーに結合することで、不連続的にDNA鎖を伸長していきます。
このようにしてできるDNA鎖（ピンク）をラギング鎖といいます。

このプライマー（図の青色）はRNAのヌクレオチドですから、DNAポリメラーゼⅠによってDNAに置換される必要があります。

しかしこの時にも、DNAポリメラーゼⅠはあくまでもDNAのヌクレオチドを追加することしかできません。従って、左に別の岡崎フラグメントの３´末端が必要だということです。

では、ラギング鎖が伸長していって、親DNA鎖の末端まで到達した場合はどうなるでしょう。