相同組み換えとは？中学生にもわかるDNAの秘密をやさしく解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

相同組み換えとは？

相同組み換えは DNAの同じ長さの部分が別の分子と交換されるしくみです。私たちの体をつくる遺伝情報を正しく守るための技術であると同時に、遺伝子の組み合わせを変えることで生物の多様性を生み出す大切な過程です。たとえば生殖のときに子どもへ受け継がれる遺伝子の組み合わせを豊かにする仕組みとして働きます。

いつ起こるの？

主に二つの場面で起こります。1つ目は生物の生殖細胞を作るときの減数分裂で、親と子の間で遺伝子の組み換えを起こして多様性を生み出します。2つ目は細胞がDNAに傷を受けたときの修復過程です。傷ついた部分を正しく直すために相同なDNAの手掛かりを使います。

どうやって進むの？

まず同じ位置にあるDNAのホモローグと呼ばれる部分を探します。その後おなじ長さと配列をもつもう一方のDNA分子と近づけて、同じ場所を軸にして塩基の並びを入れ替えます。ここには RecA や Rad51 のような働き手タンパク質が関わります。細菌では RecA、真核生物では Rad51 などが代表的です。

なぜ大切なの？

正確な修復と遺伝子の多様性を同時に実現します。DNAが傷ついたときに正しく直す力を高めることで細胞の機能を保ち、減数分裂での組み換えによって子孫の特徴のバリエーションを増やします。

身近な応用と注意点

研究の現場では相同組み換えを使って特定の遺伝子を正確な位置に挿入する技術が行われます。これは病気の理解や新しい治療法の開発にも役立つ可能性があります。一方で自然界のしくみを乱すと遺伝子の安定性が崩れることがあるため、倫理や安全面の配慮が必要です。

比べてみよう表

項目	相同組み換え	非相同末端連結
正確さ	高い	比較的低い
使用するDNAの特徴	同じ長さ・同じ場所の配列	欠片の末端をそのまま結合
主な役割	修復と多様性の創出	迅速な断片つなぎ
関連するタンパク質	Rad51 RecA など	Ku などの修復タンパク質

まとめ

相同組み換えはDNAの修復と多様性を生み出す大切な仕組みです。正確に働くほど体の健康を守り、遺伝情報の安定を保つ力になります。

相同組み換えの同意語

相同組換え: DNAの相同性を持つ二つの配列間で起こる組換えプロセス。遺伝情報の交換や修復を通じて、遺伝子多様性やゲノムの安定性を保つ役割を担います。
同源組換え: 相同組換えの別表現で、同一の配列を利用してDNAを入れ替え・修復する機構を指します。
相同再結合: DNAの相同性を持つ領域同士で起こる再結合のこと。組換えの一形態として使われます。
同源再結合: 同様に、相同配列間で行われる再結合を指す表現。相同組換えとほぼ同義で用いられます。
相同組換え修復: DNA二重鎖切断を正確に修復する経路の一つで、同一または極めて相同性の高い配列を用いて組換えを行います。
同源組換え修復: 同様に、同じ配列を用いた修復経路（HDR）を指す表現です。

相同組み換えの対義語・反対語

非相同組換え: 相同組換えの対極として使われる概念。長いホモロジー配列を必要とせず、DNAの二本鎖断片を非相同性の手段で結合して修復や再配置を行う経路。一般に正確さが低く、挿入や欠失が生じやすい。
非相同末端連結: DNA二重切断の末端を直接結合して修復する代表的な経路。ホモロジーを必要としないためHRとは異なる修復機構で、誤差が生じやすいことが多い。
ホモロジー依存性以外の修復経路: HR以外の、ホモロジー配列を前提としない修復経路の総称。NHEJを含むことが多く、状況により正確さ・速さが異なる。
ホモロジー非依存性修復: 相同配列を前提としない修復経路のこと。HRと対比される別の修復経路を指すことが多い。
非特異的修復経路: 特定の配列相同性に依存せず修復を試みる経路。学習の際の対比用語として使われることがある。
ランダム結合修復: 断片を特定の順序や相同性なしに結合してしまう想定の修復。「対比用語」として用いられることがある。

相同組み換えの共起語

交差: 相同組み換えの過程で、二本のDNA鎖が互いの塩基配列を交換して新しい組み合わせを作る現象。主に減数分裂で遺伝的多様性を高める要素。
ホリデイ結合/ホリデイジャンクション: 相同組み換えの過程で形成される、四本鎖構造の中間体。DNA鎖の交換点として機能する。
Dループ: 鎖がもう一方のDNA鎖へ侵入してできる三本鎖構造。修復・新生鎖の合成の出発点となる。
二重鎖切断（DSB）: 相同組み換えの開始点となるDNAの二本鎖断裂。修復経路の入口。
同源配列/同源部位: 組換えに用いられる相同なDNA配列。ホモロジーがある領域を指す。
MRN複合体: Mre11-Rad50-Nbs1のタンパク質複合体。二重鎖切断の認識と初期処理、修復の導入に関与。
Rad51: 真核生物の核心的な組換えタンパク質。鎖侵入と同源配列検索を促進する。
RecA: 細菌の組換えを担う主要タンパク質。Rad51の原型・機能の源。
DMC1: 減数分裂特有のRecA様リゴナー。減数分裂時の相同組換えを促進。
BRCA1/BRCA2: ヒトの腫瘍抑制遺伝子で、相同組換えの調節と修復補助を担う。
Rad52: 組換え補助因子。Rad51の機能を補助する。
Rad54: Rad51の補助因子。DNAのクロマチン構造転換にも関与。
Spo11: 減数分裂で二重鎖切断を誘発する酵素。組換えの初期イベントを引き起こす。
ミスマッチ修復: 組換え後の不整合を修復する経路。高精度な遺伝情報の維持を支える。
ホモロジー探索: 相同配列を検索して適合部位を特定する過程。組換えの前提となる。
組換え修復: DNA損傷を修復する経路の総称。相同組換えはその一形態。
減数分裂の組換え: 生殖細胞形成時に活発化する、特有の相同組換えプロセス。
非同源末端結合（NHEJ）: 二重鎖切断を非相同的に修復する経路。相同組換えと競合・補完する場合がある。
RuvC/RuvAB: 細菌系でホリデイ結合を切断・解消する酵素・複合体。組換えを完了させる働き。
ホリデイ結合の解消: ホリデイ結合を解く過程。最終的な遺伝子配列の再構成を完結させる。

相同組み換えの関連用語

相同組み換え: 同じか非常に似たDNA配列を用いて、損傷を修復したり遺伝情報を交換したりするDNA修復・組換えの経路。主に相同部位を探して鎖の侵入・交換を行います。
同源組換え: 相同組み換えとほぼ同義の用語。同じ系統のDNA配列を用い、正確に情報を修復・再配列します。
二本鎖DNA切断: DNA二重鎖が切られる損傷。HRの開始点となります。
末端処理: 切断端を加工して3' ssDNAを作る工程。後の鎖侵入に備えます。
3' ssDNA尾: 3'端の長い単一鎖DNA。Rad51などの修復因子が結合し、相同配列の探索を進めます。
Rad51: 真核生物の主要な組換え酵素。ssDNAに被覆して相同片の探索・鎖侵入を促します。
RecA: 細菌の代表的な組換えタンパク。Rad51の機能のモデルとなるタンパク質です。
D-loop: 鎖侵入時に形成される中間体。侵入DNAが相同DNAのループを作ります。
Holliday結合: 二本鎖DNAが交差する中間構造。ここで切断・再結合が起こり、情報が交換されます。
Holliday結合解消: ホリデイ結合を解消して修復を完了させる酵素群。GEN1、SLX1-SLX4、MUS81-EME1などがあります。
遺伝子変換: DNAの一部が別の同源配列へ置換される現象。HRの結果として現れることが多いです。
SDSA: 合成依存性鎖退避経路。鎖侵入後に新規DNAを合成し、それを自己アニーリングして非交差修復を導きます。
ダブルホリデイ結合経路: 2つのホリデイ結合を介して修復を進めるHRルート。交差が生じることがあります。
Spo11: 減数分裂でDNAに切れ目を作る酵素。HRの起点となるDSBを誘発します。
CtIP: DSB末端処理の初期化を促進する因子。Sae2と協調して末端処理を進めます。
Sae2: CtIPとともに末端処理の初期を担う因子。真核生物で重要です。
MRN複合体: MRE11-RAD50-NBNの複合体。DSBを感知し、初期加工を行います。
MRE11: MRN複合体の核内ヌクレアーゼ。末端の加工に関与します。
RAD50: MRN複合体のATP依存性DNA結合タンパク質で、構造調整を担います。
NBN: MRN複合体のNibrin。DSB応答の橋渡し役です。
EXO1: 長距離の末端外切りクエヌス。3' ssDNAの拡張を進めます。
DNA2: 長い端部の加工を行うヌクレアーゼ・ヘリカーゼ。EXO1と協調します。
BLM: ヒトのBLMヒリカーゼ。末端処理の促進・HJの解消を助け、HRの精度を高めます（Sgs1は酵母の対応）。
Sgs1: 酵母のBLM同等タンパク質。末端処理と結合部位の処理を担います。
BRCA1: 腫瘍抑制遺伝子。末端処理を促進し、HRを支援します。
BRCA2: Rad51のロードを助ける中心的な因子。HRの効率化に重要です。
PALB2: BRCA1とBRCA2をつなぐ仲介蛋白。HRの連携を強化します。
RAD52: Rad51の機能を補助する仲介蛋白。特にコピー数の少ない組換えで役立つことがあります。
RAD54: Rad51の活動を支援するATP依存性モーター蛋白。DNAの構造変化を促します。
DMC1: 減数分裂特異的な組換え酵素。Rad51と協力して染色体間の同源性探索を進めます。
RAD51パラログ: RAD51の機能を補う類似タンパク質群（RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2, XRCC3 など）。
RPA: ssDNAを保護・安定化する結合蛋白。Rad51の置換を円滑にします。
ドナーDNA: 修復時に使用する同源性のある供与DNA。挿入や置換の情報源として働きます。
ホモロジーアーム: ドナーDNAの端にある、宿主DNAと高い同源性を持つ領域。挿入を正確に導きます。
ホモロジー検索: 宿主DNAの中からドナーDNAと高い相同性を持つ領域を探索する過程。
HDR: ホモロジー依存修復の略。正確な修復・挿入をHRを用いて行います。
NHEJ: 非同源末端結合。相同性を必要とせずにDSBを直接結合する修復経路。
ミスマッチ修復: ヘテロプラソドDNAのミスマッチを検出・修正する分子機構。HR後の整合性を高めます。
PARP1: DNA損傷応答のシグナル伝達と修復経路に関与。HR欠損細胞に対する薬理的ターゲットになります。
DDR: DNA損傷応答。細胞が損傷を認識し、修復、停止、または死を選択する一連の反応。
クロスオーバー: ホリデイ結合解消後に生じる染色体の交換。減数分裂で多様性を生み出します。
非クロスオーバー: 修復結果が遺伝子の大きな交換を伴わず、交換がクロスオーバーを伴わないこと。
ゲノム編集HDR: CRISPRなどを用いて、狙いの部位に正確なDNAを挿入する際にHDRを利用する技術。