21番染色体のDNA配列が解読されて、ダウン症は治療できるの?

巽 純子    

1. 細胞と染色体、DNA

 人の体はもともとは、たった1個の受精卵(卵子と精子がくっついてできた)がもと になってできています。つまり、たった一つの細胞が分裂を繰り返して、約60兆個 の細胞になって、成人の体を作っています。もとをたどればたったひとつの細胞です から、体中のどの細胞をとってみても(60兆個のどれでも)、持っている遺伝情報 は全く同じです。

 では、その遺伝情報はどこにあるのでしょうか?細胞の中には、核と呼ばれる特別な 部分(核膜で囲まれている)があり、その核の中にゲノムという染色体の集まりがあ ります。染色体は普通の状態ではよく見えませんが、細胞分裂期になると塩基性染色 物質で染めると、はっきりとした形をとって見えるようになります。それが染色体と いう名前の由来です。

 人のゲノムは、23本の染色体で構成されています。一つの細胞には、父、母からそれ ぞれ23本づつもらった合計46本の染色体が入っています(図1(男性の場合)、2 (女性の場合)参照)。染色体は、遺伝子の集まりです。実際には長い1本の糸のよ うにつながっていて、それを構成している基本物質をDNA(デオキシリボ核酸)とい い、DNAの部分部分には様々なタンパク質を作る暗号が並んでいます。

(図1)

(図2)

 1本の糸のように見えるDNAですが、よく見ると二重らせん状のはしごのようになっ ています。DNAは、デオキシリボースという五炭糖とリン酸と、塩基からなっていま す。ちょうど、はしごの足をかける部分には、塩基が対をなして並んでいます。はし ごの支えの部分は五炭糖とリン酸からできています。遺伝子の暗号の機能を担ってい るのは、塩基の部分です。この塩基には、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C) 、チミン(T)の4種類しかなく、必ず、AはTと、GはCにくっつくようになっています。 この4種の文字(塩基)でかかれた暗号文という形で遺伝情報(設計図のようなもの) が書かれています。それらの遺伝情報のひとつひとつは遺伝子(ある一つのタンパク 質を作るのに用いられる一つの設計図にあたる)と呼ばれています(図3参照)。

(図3)

 1本のDNAが1つのタンパク質を作るのではなく、ある部分が1つのタンパク質を作 るために機能します。その機能する部分を遺伝子といいます。


2. ダウン症とは

 ダウン症は、常染色体 (性を決める性染色体X、Y以外の44本の染色体のこと)の 数の変化のなかで最も多いものです。いろいろな似通った症状が特徴的に見られるの で、1866年イギリスの眼科医 J. L. H. Down が独立した疾患として、ひとまと めにし、症候群として報告したのがこの症候群の名前のはじまりですが、もちろん、 昔からこのような症状を持つ人がいることは文献にも現れてきていました。

 Down博士が、この症状の特徴のひとつである内眼角ぜい皮とつりあがった眼尻を蒙 古人に似ている顔つきとしたことから、しばらくは蒙古症と呼ばれていました。

 これは、人種差別的用語であるため、現在は発見者の名前をとって、ダウン症と呼 ばれています。その後、1959年になってから、フランスの Lejeuneらの研究者に よってダウン症の原因が染色体の数の異常(21番染色体が3本あることから、21 トリソミー(トリというのは3のこと)と呼ばれる)によることが確かめられました。

 常染色体は大きさの順に1から22まで番号がついていますが、21番と22番は 染色体検査の初期ダウン症で過剰なのは大きい方の21番染色体だと誤って考えられ ていました。のちの研究で小さいほうの染色体だとわかりましたが、混乱を引き起こ さないために21番と22番の名称を逆にすることで、すでに定着していた21トリ ソミーの名称がそのまま用いられています。

図4

図5
 ダウン症の人は、21番染色体が1本過剰で3本あります(図4(男性の場合)図5(女性の場合)参照) 。トリソミーの現象は、どの染色体についても(1番でも、2番でも、何番でも同じ ように)起こり得ますが、図4からわかりますように、21番染色体は最も小さい常 染色体のため、それに乗っている遺伝情報も少ないので、遺伝情報のアンバランスを 引き起こすことも少なく、そのためうまく生まれて来る頻度が高いのです。他の染色 体のトリソミーは、受精卵が着床しなかったり、胎児がうまく育たなかったりで、な かなか生まれてくるまでには至りません。ですから、流産胎児を調べてみると高頻度 に染色体の変異が見つかります。21トリソミーでも、70〜80%の胎児は生まれ て来れません。したがって、ダウン症として生まれてきた赤ちゃんは、他の遺伝子が よい状態で働いて、ものすごく生命力が強かったか、お母さんの身体の状態が良かっ た恵まれた赤ちゃんだったのだと思います。



【ダウン症候群の種類】
 標準型(不分離型)21トリソミー、転座型、モザイク型があります。

標準型21トリソミー:ダウン症全体の90ー95%

 これは通常第1減数分裂期での不分離によります。(80%)が、第2減数分裂時 におこることもあります。両親は一般に正常な染色体数を持っており、子供が偶発的 にトリソミーになったのです。

モザイク型:ダウン症全体の1%ー3%

 21トリソミーの受精卵が細胞分裂の途中で、あるひとつの細胞から余分な21番が 落ちてしまい、普通の46本の染色体を持った細胞にもどり、21トリソミーの細胞、 正常の細胞が混じりあってひとつの体を作っていった場合、モザイクになります。ま た、その逆もあり、正常な受精卵が細胞分裂途中であるひとつの細胞で21番染色体 を余分に受け取ってしまい、21トリソミーの細胞ができ、正常と21トリソミーが まざって個体が作られた場合もモザイクになります。前者はほぼモザイク型の80% で、後者は40%くらいです。これも両親共に普通の染色体を持っている人から生ま れてきます。モザイクの場合は子供の細胞の一部がトリソミーとなっているので、標 準型トリソミーに比べて障害の程度は軽くなります。

転座型:ダウン症全体の5%ー6%

 ダウン症の転座は、21番染色体がD群の染色体(13、14、15番)またはG群 の染色体(21番、22番)のひとつとくっついたことによってできます。転座型は、 ダウン症全体の約5%ですが、その半分は散発性転座、つまり両親の染色体は正常で す。あとの半分は遺伝性転座で片親に転座染色体保因者が見らます。この家系には、 保因者の先祖や兄弟、ダウン症の姉兄に同じタイプの保因者が見つかる可能性があり ます。

【ダウン症児の出生頻度】
 一般にダウン症の出生頻度は、民族間や社会、経済クラス間には差がなく、最近の わが国の統計では、一般出生頻度は約1000の1です。

 ダウン症の発生頻度は母親の加令とともに増加することは、よく知られています。 これは、母親の加令によって卵子形成過程に起こる染色体の不分離の増加の結果と考 えられています。しかしながら、約80%のダウン症児は35歳以下の母親から出生 しています。すなわち、これはもともと35歳以下の妊娠が多いということによって います。

 また、過剰な染色体は父親由来のこともあり、母親由来と父親由来の比は4:1とい われています。

【ダウン症の身体的特徴など】
 次に述べる特徴は、全てのダウン症児に現われるというものではなく、個人差があ り、あまり目立たない場合もあります。

 頭を上から見ると、縦の長さが標準に比べて短い。あまり起伏が無い顔だち、鼻、 特に目と目の間の部分が低い。眼が切れ上がっている。まぶたが深い二重になってい る。耳の上の方が内側に折れ曲がり、丸い形の耳に見える。首の周りの肉付きがよい。 指が短い。親指と人さし指のあいだが普通より少し開いている。小指の間接が1つ足 らない。手のひらに猿線が見られる。指の文様が弓状である。筋肉の緊張が低下して いる。知的発達が遅れる。

【合併症について】
 これもすべての個体に現われるわけでなく、ほとんど合併症の無い場合もあります。 先天性心疾患(40%)特に心内膜欠損症、消化管の奇形(十二指腸狭窄、鎖こう)、 白内症(2%)、急性白血病(1%)、一過性骨髄異常増殖症など。


3. さて、21番染色体のDNA配列が分かったこととの関連は?

 日本の理化学研究所は、国際ヒトゲノム計画の一環として、慶応大学医学部及びドイ ツの3研究グループと合同で、21番染色体のDNA塩基配列の解読を終えました。 21番染色体は約3355万塩基対で構成されています。これは、23本(1ゲノム)で 約30億塩基対あると言われているヒト染色体の中で最も小さいものです(約0.1%)。 ちなみに22番染色体もほぼ同じくらいの大きさです。しかしながら、以前に同定さ れた22番染色体に存在する遺伝子は545個でしたので、今回21番染色体に存在す る遺伝子の数は225個しかなく、大きさが同じでも遺伝子の数は少ないという結果で した。225個と言うのは当初500くらいと予想された数より大分少ない数でした。 また、これは、22番染色体トリソミーに比較して21番トリソミーが断然多いとい う裏付けでもありました。つまり、存在する遺伝子が少ないから遺伝子のアンバラン スによる影響が起こりにくく、その結果として生まれてきやすいということです。

 ところで、現在は21番染色体にある遺伝子の数とその配列がわかりましたが、まだ 遺伝子の全てについて、それがどのような機能をしているのかについての解析までは できてはいません。

 それでは、解析の結果がダウン症にどのように結びつくのでしょうか? 何度も言うようですが、ダウン症の症状の原因は、21番染色体に存在する遺伝子の 変異によるものではなく、21番染色体に存在する遺伝子が普通の人と比べて1.5倍 の量あるということをまずわかってください。ダウン症は他の遺伝性疾患や遺伝子突 然変異による疾患のような遺伝子の変化が疾患の原因ではないのです。21番に乗って いる遺伝子そのものは、異常ではないのです。数だけの問題です。つまり、21番染 色体自身が3本(普通の人は2本)あるため、同じタンパクをつくり出す遺伝子が父 方と母方の2個(父母各染色体にそれどれ1個づつある)あればいいところが、3個 あって、余分に(1.5倍量の)タンパクを作ってしまうことがダウン症特有の症状の 原因です。また、その遺伝子量の変化は、体を作っている全ての細胞、すなわち皮膚 や血液、脳、心臓、神経すべての細胞で存在します。したがって、そのすべての細胞 で21番染色体をとりのぞくことが根本的な遺伝子治療というわけですが、それは不 可能です。なぜなら、すでにそれぞれの細胞は臓器やら脳やらを形成してしてまって います。個体のそれぞれの部分(臓器、組織など)を形成するには、受精卵から胎児 期、成長期に適切な時期に特定の遺伝子群が相互に関与しつつ働いて形成します。で すから、すでに個体となってしまった人の細胞のすべてで、21番染色体を取り除い ても、心臓の穴がふさがったり、身長がのびたり、顔つきが変わったりということは ありません。

 しかし、転座のダウン症の人のデータから、21番染色体の全ての部分がダウン症の 特有な症状に結びついているわけではないと言うこともわかってきています。21番染 色体の長い方の腕(長椀といいますが)(図6参照)の下の方の一部だけがトリソミー になると症状が現われます。専門的にその部分をいうと、21q22.3の領域がそうだと 言われています。この部分が普通の1.5倍になると、知的障害、心臓奇形、顔つきの 特徴などが出てきます。21番染色体上のそれらの遺伝子の機能を解析すれば、顔の形 成を決めたり、神経細胞の膜などの状態を決めたり、心臓の形成を決めたりする遺伝 子がわかるかもしれません。だからといって、ダウン症の根本的治療には結びつきま せん。

(図6)

 ただし、21番のダウン症の特徴とは関係ない遺伝子もダウン症の人は通常より多いの で、その遺伝子が活発に転写されている臓器での障害を防ぐような薬の開発とか、治 療の開発につながる可能性は大いにあると思います(早期老化とか、白血病など)。 具体的には、このことは、No.2で解説致します。また、今回の解説で分かりにくい ようでしたら、「いでんいんふぉめーしょんUP SHOP」事務所にて御説明致しますの で、御予約ください。


ダウン症についての目次

21番染色体のDNA配列が解読されて、ダウン症は治療できるの?(No.2)

ダウン症とは?