DNAの複製

1細胞の数を増やす

細胞が数を増やしていくときには，遺伝情報を正しく次代の細胞に引き渡す必要がある。そのために，元の細胞（母細胞）が２つの新しい細胞（娘細胞）に分かれる現象は整然とした過程をたどって進行する。この過程を細胞分裂（cell division）というが，この過程を少し詳しくたどって，多細胞生物の成り立ちについて考えてみよう。

細胞分裂は，核の分裂と細胞質の分裂の2段階に分けられる。また，母細胞が自分と同じ２つの娘細胞をつくる体細胞分裂（mitosis）と，生殖細胞をつくる減数分裂（meiosis，次章で述べる）の，２種類が存在する^※１。

体細胞分裂の過程では，次の３つのことが起こる必要がある。

それぞれの過程がどのように進行していくか，順番に見ていこう。

2DNAはどのように複製されるのか

1953年にDNAの構造のモデルを短い論文で提出したときに，ワトソンとクリックは染色体が複製されるときに必然的に起こるDNAの複製は，一方の鎖をそれぞれ鋳型にして新しい鎖が複製されて，２本の二本鎖DNAができるだろうと予想した。このような複製のしかたを半保存的複製（semi-conservative replication）とよんでいる。

この論文を見てメセルソンとスタールはすぐに，これが実際に起こっていることかどうか実証する必要があると考えた。複製の方法には，半保存的複製以外に，保存的複製（元の二本鎖DNAをそれぞれ鋳型にして，新しく二本鎖DNAが複製される）とランダム分断（二本鎖DNAを分断して複製し，再びつなぎ合わせる）が理論的にはありうると考えられるからである。

どれが正しいかを証明するために，メセルソンとスタールはうまい方法を考え出す。DNAの重さの差を利用する方法である。CsCl（塩化セシウム）の濃い溶液を沈降セル（円筒状の小さな容器）に入れて超遠心機を使って大きなG（140,000 G）をかけて遠心すると，セルの上から下にCsClの密度勾配ができる。溶液に重さ（密度）の異なる高分子を入れておくと，高分子は同じ密度のCsClのところに集まってくる。密度が異なる２つの高分子なら，２本のバンドができるはずである。彼らはまずこの方法で，実際にDNAが特定のバンドをつくるかどうかを確かめた。

遠心時間を長くすると，間違いなく特定の場所にバンドができるのを確認した後，次にDNAに重さの差を出すために，¹⁴NH₄Clの代わりに¹⁵NH₄Clを培地に入れて何代も大腸菌を飼育した。こうすると大腸菌は塩基の材料として重たい¹⁵Nを使わざるを得ないのでDNAが重くなるのである。本当に重くなったかどうか，重さの差を解析できるかどうかも彼らは確かめる（図7-1）。

こうして重たい培地で飼育した大腸菌を，今度は普通の¹⁴NH₄Clで飼育し，最初の世代，次の世代，さらに次の世代と時間を追って大腸菌を集め，そこからDNAを抽出して同じように密度勾配遠心を行った。対照群は普通の培地と重たい培地でずっと飼育した大腸菌を使う。

重たい培地から普通の培地に移した第一世代の大腸菌から集めたDNAのバンドは１本だが，その密度は最初の世代のバンドよりも軽く，ちょうど重いDNAと軽いDNAの中間であった（図7-2）。第二世代になると，バンドは２本に分かれ，１本は第一世代と同じ中間の重さのもの，もう１本はずっと普通の培地で培養した対照群のものと同じ軽いバンドであった（図7-2）。

この実験は，明らかに第一世代で新しく複製された二本鎖DNAの１本は軽い¹⁴Nの鎖，もう１本は元の重い¹⁵Nの鎖であることを示している。こうして複製は予想どおり，半保存的な様式で行われることが実証された（図7-3）。

大腸菌は原核生物であるが，その後，真核生物のDNAの複製も半保存的に起こっていることが確かめられる。真核生物の場合は，１組の二本鎖DNAが１本の染色体の構成単位なので，染色体の複製も半保存的に起こることになる。

彼らの工夫した密度勾配遠心法は，分子生物学の標準的な手法として，しばらくは盛んに使われた。