InstagramInstagram

Hi-C解析とは|ゲノムの3次元構造を読み解く技術と、疾患・がん解明への応用をわかりやすく解説

目次

仲田洋美 医師

この記事の監修:仲田洋美(臨床遺伝専門医)

のべ10万人以上の意思決定に伴走。2025年国際誌『Global Woman Leader』表紙抜擢など、世界基準の出生前診断と遺伝カウンセリングを提供。

私たちの体をつくる2メートルにおよぶDNAは、わずか数マイクロメートルの細胞核のなかに折りたたまれて収まっています。この「折りたたまれ方」を網羅的に読み解く技術がHi-C解析です。単なる配列の文字列ではなく、DNAが立体的にどう配置されているかがわかることで、遺伝子の働き方や、がんをはじめとするさまざまな病気のしくみが見えてきました。この記事では、Hi-C解析のしくみから、TADやクロマチンループの検出、がんのエンハンサー・ハイジャッキングなど疾患解明への応用まで、遺伝専門医の視点で一般の方にもわかりやすく解説します。

この記事でわかること
📖 読了時間:約18分
🧬 3次元ゲノム・クロマチン構造・疾患解明
臨床遺伝専門医監修

Q. Hi-C解析とは何ですか?まず結論だけ知りたいです

A. Hi-C解析は、細胞核のなかで折りたたまれたDNAが、どの領域とどの領域が立体的に近づいているかをゲノム全体にわたって網羅的に測定する技術です。DNAどうしを化学的に固定してからつなぎ合わせ、その組み合わせを大量に読み取ることで、染色体の大まかな区画(コンパートメント)から、遺伝子のスイッチをつなぐ小さなループまで、さまざまなスケールの立体構造を地図のように描き出せます。近年はがんの染色体異常の検出や、先天性疾患の病態解明にも役立てられています。

  • 基本原理 → 近づいたDNAどうしを固定・連結し、その組み合わせを網羅的に読み取る
  • 見えてくる3階層 → A/Bコンパートメント → TAD → クロマチンループ
  • 折りたたみのしくみ → コヒーシンによるループ押し出しとCTCFによる制御
  • 病気との関係 → 立体構造の破綻がエンハンサー・ハイジャッキングを招く
  • 遺伝診療との接点 → 構造異常の検出や病態理解の研究基盤(確立した保険検査ではない)

\ 遺伝子や染色体のことを専門医に相談したい方へ /

📅 遺伝カウンセリングを予約する

遺伝子検査に関するご相談:遺伝子検査について

1. Hi-C解析とは:DNAの「立体的な地図」を描く技術

ヒトの一つひとつの細胞には、まっすぐ伸ばすとおよそ2メートルにもなるDNAが収められています。ところが、そのDNAを収める細胞核の直径は、平均してわずか6マイクロメートル(1ミリの約170分の1)ほどしかありません。つまりDNAは、想像を絶するほど高度に折りたたまれて核のなかに詰め込まれているのです。しかもこの折りたたみは、でたらめに丸めた紙くずのような無秩序なものではなく、遺伝子を正しく読み取り、DNAを複製し、傷を修復するために計算されつくした立体構造として組織化されています。

私たちが「ゲノム」と聞いてまず思い浮かべるのは、A・T・G・Cという4つの文字が一列に並んだ「配列」です。しかしこの配列は、あくまで一次元の情報にすぎません。実際の細胞のなかでは、配列上は遠く離れた場所にある領域どうしが、折りたたみによって物理的にすぐ隣に来ていることがあります。こうした立体的な位置関係こそが、遺伝子のスイッチのオン・オフを左右するのです。この空間配置を細胞まるごと網羅的に読み取る技術が、Hi-C解析です。

💡 用語解説:クロマチンとは

DNAは細胞のなかで、そのまま裸で存在しているわけではありません。ヒストンというタンパク質に糸巻きのように巻きついて、「クロマチン」と呼ばれる繊維状の構造をつくっています。このクロマチンがさらに折りたたまれることで、染色体という目に見える構造になります。Hi-C解析が読み取っているのは、まさにこのクロマチンが核内でどう配置されているか、という情報です。詳しくはクロマチンの解説ページもあわせてご覧ください。

「近くにあるDNAをつなぎ合わせて数える」という発想

Hi-C解析の原理は、意外とシンプルな発想に基づいています。まず、細胞にホルムアルデヒドという固定剤を加えて、そのとき物理的に近づいていたDNAどうしを「その場で凍結」するように化学的に接着します。次に、DNAを制限酵素というハサミの役割をする酵素で切断し、近づいていた断片どうしを人工的につなぎ合わせます(連結・ライゲーション)。すると、本来はゲノム上の別々の場所にあったはずのDNAが、1本のキメラ(つなぎ合わせ)断片になります。

この連結断片を、次世代シーケンサーという装置で大量に読み取ると、「どの領域とどの領域が近づいていたか」という組み合わせの情報が、ゲノム全体について何億通りも集まります。この膨大な組み合わせを集計すると、細胞核のなかでどことどこが空間的に近いかを示す「接触地図(コンタクトマップ)」ができあがります。これがHi-Cの出力する基本データです。

💡 用語解説:次世代シーケンサー(NGS)

DNAの文字の並び(配列)を、非常に高速かつ大量に読み取る装置のことです。かつては1つの配列を読むのに膨大な時間がかかりましたが、次世代シーケンサーの登場によって、何千万〜何億もの断片を同時並行で読み取れるようになりました。Hi-Cは、この大量読み取りの力を「立体構造の解析」に応用した技術だといえます。

Hi-Cは2009年に、リーバーマン=エイデンらのグループによって発表されました。それ以前にも、特定の1対1の相互作用だけを調べる3C法や、1対全を調べる4C法などがありましたが、これらはあらかじめ「ここを調べる」と標的を決めておく必要がありました。Hi-Cが画期的だったのは、標的をいっさい決めずに、ゲノムの「全領域対全領域」の相互作用を偏りなく一度に捉えられるようにした点です。この網羅性こそが、3次元ゲノム学という新しい研究分野を切り開きました。

2. Hi-Cが明らかにした3次元ゲノムの3階層

Hi-Cの接触地図をよく観察すると、ゲノムの折りたたみにははっきりとした「入れ子構造」の階層があることがわかります。大きなスケールから小さなスケールへと、地図を眺める虫めがねの倍率を上げていくように、3つの階層が順番に見えてきます。この階層を理解すると、Hi-Cが何を見ているのかが一気にわかりやすくなります。

3次元ゲノムの3階層(大きい構造から小さい構造へ)

① A/Bコンパートメント(数Mb〜染色体スケール)

ゲノム全体が「活発に働くAコンパートメント」と「静かなBコンパートメント」の2つの大きな区画に分かれる、最も大きなスケールの構造。

↓ 倍率を上げると

② TAD(数十kb〜数Mb)

コンパートメントの内部に見える「ご近所づきあいの単位」。この区画の内側では相互作用が密で、境界をまたいだ相互作用は抑えられている。

↓ さらに倍率を上げると

③ クロマチンループ(数kb〜数十kb)

遺伝子のスイッチ(エンハンサー)と、遺伝子の入口(プロモーター)を物理的につなぐ最小の制御単位。遺伝子をオンにする「配線」にあたる。

3次元ゲノムの階層構造を示す模式図。A/Bコンパートメント、TAD、クロマチンループの3階層を、大きな構造から小さな構造へ拡大しながら示し、それぞれの役割とゲノム構造の関係を解説している。

① A/Bコンパートメント:ゲノムの「活動区」と「静けさの区」

最も大きなスケールで見ると、ゲノムは大きく2つのグループに分かれます。遺伝子が活発に読まれている領域どうしが集まった「Aコンパートメント(活性区画)」と、遺伝子活動が静かで密に詰まった領域どうしが集まった「Bコンパートメント(不活性区画)」です。核のなかでは、同じ性質どうしの領域が引き合って集まる傾向があり、まるで街のなかで「オフィス街」と「静かな住宅街」が分かれているようなイメージです。この区画分けは、初期の粗い解像度のHi-Cでも捉えられる、いちばん大づかみな構造です。

② TAD:ゲノムのなかの「ご近所づきあいの単位」

コンパートメントの内側をさらに拡大すると、TAD(トポロジカル関連ドメイン)と呼ばれる中規模の区画が見えてきます。TADの内側にある領域どうしは頻繁に接触し合いますが、TADの境界をまたいだ接触は強く抑えられています。これは、ゲノムがいくつもの「ご近所コミュニティ」に区切られていて、それぞれのコミュニティのなかでは活発に交流するけれど、隣のコミュニティとはあまり干渉しない、という状態にたとえられます。この境界のおかげで、ある遺伝子のスイッチが、まったく無関係な隣の遺伝子を誤って操作してしまうのを防いでいるのです。

💡 用語解説:エンハンサーとプロモーター

プロモーターは、遺伝子の「入口」にあたる部分で、ここから遺伝子の読み取り(転写)が始まります。一方エンハンサーは、遺伝子から遠く離れた場所にありながら、その遺伝子の読み取りを強める「アクセル」のような調節領域です。エンハンサーはDNAが立体的にループを描いて折り曲がることで、離れたプロモーターに物理的に接触し、スイッチを入れます。詳しくはプロモーター遺伝子発現の解説もご覧ください。

③ クロマチンループ:遺伝子をオンにする「配線」

最も細かいスケールで見えるのが、クロマチンループです。これは、遠く離れたエンハンサーとプロモーターが、DNAをぐるりとループ状に折り曲げて物理的に接触した状態を指します。ちょうど、長いホースの両端を近づけて輪をつくるようなイメージです。このループができることで、エンハンサーのアクセル信号がプロモーターに届き、遺伝子が読まれるようになります。2014年にラオらが発表した「in situ Hi-C」という改良法によって、この小さなループをキロベース(数千文字)単位という細かさで検出できるようになり、遺伝子制御の実態が飛躍的に見えるようになりました。

3. 実験技術の進化:解像度をめぐる工夫の歴史

Hi-Cは登場から現在まで、「もっと細かく、もっと正確に」を目指してさまざまな改良が重ねられてきました。その進化の歴史は、いかにしてノイズ(測定の雑音)を減らし、小さな構造まで見えるようにするかという工夫の連続です。ここでは代表的な技術の流れを見ていきます。

「溶液のなかで連結」から「核のなかで連結」へ

初期のHi-C(希釈Hi-C)は、細胞を壊して中身を溶液中に取り出してからDNAを連結していました。しかしこの方法では、本来は近くになかったDNAどうしが溶液のなかで偶然出会って連結してしまう「偽の接触」というノイズが多く発生し、メガベース(数百万文字)という粗い解像度にとどまっていました。

この問題を解決したのが「in situ Hi-C」です。「in situ(インサイチュ)」とは「その場で」という意味で、細胞核の構造を壊さず、核のなかでDNAの切断と連結を完結させる手法です。核という限られた空間のなかで作業することで、無関係なDNAが偶然出会うことが激減し、ノイズが劇的に減りました。その結果、キロベース単位の細かなループまで見えるようになったのです。

酵素と架橋剤の選び方が解像度を決める

Hi-Cの解像度は、DNAをどれだけ細かく切るか、そしてどれだけしっかり固定するかに大きく左右されます。DNAを切る制限酵素には、6文字の並びを認識して切る酵素(切断箇所が少なく粗い)と、4文字の並びを認識して切る酵素(切断箇所が多く細かい)があり、小さなループを見たいときには、より高頻度に切れる4文字認識の酵素が使われます。また近年は、ホルムアルデヒド単独ではなく、より長くしっかり固定できる架橋剤を組み合わせることで、長距離の接触を捉える能力が向上しました。この工夫を取り入れたのが「Hi-C 3.0」などの改良版です。

💡 用語解説:解像度(かいぞうど)とは

ここでいう解像度とは、「どれくらい細かい単位で構造を見分けられるか」を表す言葉です。カメラの画素数のように、解像度が高い(数字が小さい)ほど細かな構造まで見えます。メガベース(Mb=100万文字)は粗く、キロベース(kb=1000文字)は細かい単位です。粗い解像度では大きなコンパートメントしか見えませんが、細かい解像度になると小さなループ1つひとつまで見分けられるようになります。

究極の細かさを追う「Micro-C」と、狙い撃ちする手法

さらに細かい構造を見るために開発されたのが「Micro-C」です。この手法は制限酵素の代わりに微小球菌ヌクレアーゼ(MNase)という酵素を使い、DNAをヒストンに巻きついた最小単位(ヌクレオソーム、約150〜200文字)にまで細かく切り分けます。これにより、制限酵素の切れ目のかたよりに左右されない、極めて解像度の高い地図が得られます。一方、ゲノム全体を均一に読むのではなく、特定の関心領域だけを効率よく濃縮して詳しく調べる「Capture Hi-C」や、特定のタンパク質が結合した場所の相互作用に絞る「HiChIP」といった、狙い撃ち型の手法も発展しています。目的に応じて手法を使い分けるのが現代のHi-C解析です。

技術 解像度の目安 主に見えるもの
希釈Hi-C(初期型) メガベース(粗い) 染色体の大まかな配置、A/Bコンパートメント
in situ Hi-C キロベース(細かい) TAD、数kb〜数十kbのクロマチンループ
Micro-C ヌクレオソーム単位(超細かい) エンハンサー・プロモーター間の精密な配線
Capture Hi-C / HiChIP 関心領域のみ高精細 特定の遺伝子群やタンパク質周辺の相互作用
仲田洋美院長

🩺 院長コラム【配列だけを見ていた時代からの飛躍】

私が遺伝医学を学び始めた頃、ゲノムはあくまで「文字の並び」として理解されていました。どの遺伝子にどんな変異があるかを一次元の配列として読み解く、それが遺伝子解析の中心でした。しかし実際の細胞のなかでは、その文字列が複雑に折りたたまれ、離れた場所どうしが手を取り合って働いています。

Hi-Cのような技術が「立体構造」という新しい次元を見せてくれたことで、これまで原因のわからなかった病気の一部が、実は「配列は正常でも折りたたみ方が壊れていた」ために起きていた、と理解できるようになってきました。遺伝子を診るという営みが、平面から立体へと広がっていく——その変化を臨床の現場から見守れることを、とても幸運に思っています。

4. データ解析の流れ:膨大なデータから立体構造を描くまで

Hi-Cが出力するのは、何億通りものDNA断片の組み合わせという、そのままでは意味を読み取れない膨大な生データです。ここから意味のある立体構造の地図を描くには、いくつもの計算処理のステップが必要になります。この分野をバイオインフォマティクス(生命情報科学)と呼びます。専門的な工程が多いので、ここでは全体の流れを大づかみに紹介します。

Hi-Cデータ解析の主なステップ

STEP 1 マッピング(位置決め)

読み取った連結断片が、ゲノム上のどことどこ由来かを照合します。

STEP 2 ノイズ除去(フィルタリング)

実験の過程で生じた偽の連結や不完全な断片を見分けて取り除きます。

STEP 3 正規化(かたよりの補正)

領域ごとの読みやすさの差など、技術的なかたよりを数学的にならします。

STEP 4 構造の抽出・可視化

接触地図からコンパートメント・TAD・ループを検出し、立体構造を推定します。

なぜ特別な計算処理が必要なのか

Hi-Cのデータが特殊なのは、読み取られる1本1本の断片が「ゲノム上の2つの別々の場所をつなぎ合わせたキメラ断片」だという点です。普通の配列解析ソフトは、断片が1か所から来ていることを前提にしているため、そのままではHi-Cの断片を正しく扱えません。そこで、断片を分割して両端をそれぞれ照合したり、キメラ構造に対応した特別なアルゴリズムを使ったりする必要があります。

また、実験ではどうしても「立体構造の情報を持たない不要な断片」が混ざります。たとえば、隣り合った断片が元の順番どおりにただ再結合しただけのもの、1つの断片の両端が自分自身とくっついて輪になったものなどです。これらは立体的な近さを反映していないため、丁寧に見分けて取り除かなければ、地図が不正確になってしまいます。この地道なノイズ除去こそが、信頼できるHi-C解析の土台になります。

💡 用語解説:正規化(せいきか)

Hi-Cで得た生の接触回数には、DNAの領域ごとの「読み取りやすさ」の差など、本当の立体構造とは関係のないかたよりが含まれています。正規化とは、こうした技術的なかたよりを数学的にならして、純粋に「立体的な近さ」だけを反映した数字に補正する作業です。写真の明るさを均一に整える補正のようなもので、これをしないと本物の構造と雑音を見分けられません。近年はスパース(データがまばら)な部分をAIで補う手法も研究されています。

こうした処理を経て得られた接触地図は、あくまで「2つの領域がどれくらいの頻度で近づいていたか」を示す2次元の表です。ここから実際の核内での立体的な形を推定するには、さらに別の計算アプローチが必要になります。細胞集団の平均的な代表構造を1つ求める方法や、細胞ごとのばらつきを前提に何千通りもの構造の集まりとして表現する方法などがあり、目的に応じて使い分けられています。近年は、こうした構造推定にも機械学習やディープラーニングが取り入れられ、解析の精度と効率が高まっています。

5. ループはどう作られるか:コヒーシンとCTCFの物語

Hi-Cが明らかにしたクロマチンループやTADは、いったいどのようにして作られるのでしょうか。現在もっとも有力とされているのが「ループ押し出しモデル」という考え方です。このモデルの主役は、コヒーシンとCTCFという2つのタンパク質です。

コヒーシン:DNAを手繰り寄せてループを作る

コヒーシンは、リング(輪)のような形をしたタンパク質の複合体です。このリングがDNAに乗ると、エネルギーを使ってDNAを両側からどんどん内側へ手繰り寄せていきます。すると、手繰り寄せられたDNAは中央でループを描くように膨らんでいきます。ちょうど、両手で長い紐の中央をたぐっていくと、たぐった部分がループ状に飛び出してくるのと同じイメージです。この動きが「ループ押し出し」と呼ばれ、TADやクロマチンループの形成を説明します。コヒーシンはもともと、細胞分裂のときに複製された姉妹染色体をつなぎとめる役割でも知られるタンパク質です。

ループ押し出しのイメージ

① コヒーシンがDNAに乗る リング状のコヒーシンがDNA上に結合する。

② DNAを両側から手繰り寄せる エネルギーを使い、内側へDNAを送り込んでループを膨らませる。

③ CTCFで停止する 向かい合ったCTCFの目印に到達すると押し出しが止まり、ループが固定される。

CTCF:ループの「止め具」として働く

コヒーシンがDNAを手繰り寄せていくと、どこかで止まらなければ際限なくループが大きくなってしまいます。この「止め具(ストッパー)」の役割を果たすのがCTCFというタンパク質です。CTCFはDNA上の特定の目印に結合し、そこに押し出されてきたコヒーシンが到達すると、動きを止めます。興味深いことに、CTCFがコヒーシンを止められるのは、向かい合った2つのCTCFの目印が「収束する向き」に配置されているときだけです。この方向のルールによって、どこにループができ、どこがTADの境界になるかが精密に決まります。

💡 用語解説:CTCFとコヒーシン病

CTCFは、ゲノムの立体構造を仕切る「境界の番人」として働くタンパク質です。一方コヒーシンやその調節因子の遺伝子に変異が起こると、コヒーシン病(cohesinopathy)と総称される一群の疾患が生じます。その代表例がコルネリア・デランゲ症候群で、成長障害や知的障害、特徴的な顔立ちなどを示します。ゲノムの折りたたみを担うタンパク質の異常が、実際の病気につながることを示す好例です。

構造は「固定」ではなく「絶えず揺れている」

Hi-Cの地図は、たくさんの細胞を平均した「静止画」として描かれます。そのため長い間、TADやループはすべての細胞で安定して維持される固定的な構造だと考えられてきました。しかし、生きた細胞を高解像度で観察する技術とMicro-Cを組み合わせた近年の研究によって、この見方は大きく塗り替えられました。マウスの細胞で特定のTADを追跡した研究では、両端のCTCFが完全につながった「きれいなループ」の状態にある時間は、全体のごくわずかにすぎず、残りの大部分の時間はループが作られている途中か、不完全な状態で揺らいでいることがわかりました。つまり3次元ゲノムは、静止画から想像するよりもずっと動的で、絶えず変化し続けているのです。

さらに、この揺らぎには遺伝子の読み取り(転写)そのものが影響していることもわかってきました。DNAを読み取る巨大な酵素(RNAポリメラーゼ)が進んでいくと、それが「動く障害物」となってコヒーシンを押し戻し、コヒーシンの位置を能動的に配置し直します。その結果、活発に読まれている遺伝子の周りにコヒーシンが集まり、働いている遺伝子どうしが立体的に寄り集まる、といった動きも生まれます。ゲノムの折りたたみと遺伝子の働きは、一方通行ではなく、互いに影響し合っているのです。

6. 病気の解明への応用:立体構造の破綻とがん

Hi-Cが単なる基礎研究の道具にとどまらず、医学的に重要視されるようになったのは、3次元ゲノムの破綻が、さまざまな病気の原因になっていることがわかってきたからです。とりわけがんの領域で、その意義が明確になっています。

エンハンサー・ハイジャッキング:スイッチの乗っ取り

先に述べたように、TADの境界は「あるエンハンサーが、無関係な隣の遺伝子を誤って操作しないように仕切る壁」の役割を果たしています。ところが、がん細胞では染色体の一部が入れ替わったり欠けたりして、このTADの境界が壊れてしまうことがあります。すると、本来は届かないはずの強力なエンハンサーが、壁を越えて、増殖を促す遺伝子(がん遺伝子)のスイッチを勝手に入れてしまいます。これが「エンハンサー・ハイジャッキング(スイッチの乗っ取り)」と呼ばれる現象です。配列そのものに変異がなくても、折りたたみ方の変化だけでがん遺伝子が暴走しうる、という点がこの現象の重要なところです。

💡 用語解説:がん遺伝子とTAD境界の破壊

がん遺伝子とは、過剰に働くと細胞を無秩序に増殖させてしまう遺伝子のことです。ふだんはTADの壁によって、余計なエンハンサーの影響から守られています。しかし染色体の構造異常でこの壁が壊れると、強いエンハンサーががん遺伝子に接触できるようになり、そのスイッチを異常に押し続けてしまいます。Hi-Cは、この「壁の破壊」と「新しくできてしまった不正な接触」を、地図の乱れとして直接見つけ出すことができます。

染色体の構造異常を「見つける」道具として

Hi-Cのもう一つの大きな臨床的価値は、染色体の構造異常(転座・逆位・欠失など)を高い精度で検出できる点にあります。がんでは、2本の別々の染色体がつなぎ変わる「転座」がしばしば起こり、これが遺伝子の融合や異常な活性化を引き起こします。従来の顕微鏡による染色体分析やFISHという方法では、小さな構造異常や、つり合いのとれた(量の変化を伴わない)逆位・転座を見逃すことがありました。Hi-Cは、接触地図に現れる特徴的なパターンから、こうした見逃されやすい構造異常も一度の解析で捉えられるため、血液腫瘍(白血病やリンパ腫)などの領域で、診断ツールとしての可能性が研究されています。

さらに近年は、がん細胞に特有の染色体外DNA(ecDNA)と呼ばれる、染色体から飛び出して環状になったDNA上でも、極端に強いエンハンサーの乗っ取りが起きていることがわかってきました。こうした複雑な構造も、専用の解析ツールと組み合わせたHi-Cによって、その立体的なからくりが解き明かされつつあります。ゲノムの立体構造を読むことが、がんの理解と新しい治療標的の発見につながり始めているのです。

がん以外の病気との関わり

3次元ゲノムの破綻は、がんに限った話ではありません。TADの境界を壊すような変異が、先天的な手足の形の異常(四肢の奇形)などの発生に関わることも、研究によって示されています。本来は別々のTADに仕切られていた遺伝子とエンハンサーが、境界の欠失によって新たにつながってしまい、発生の過程で遺伝子が誤った場所・タイミングで働くことが原因と考えられています。このように、Hi-Cは生まれつきの病気の成り立ちを理解するうえでも、重要な手がかりを与えてくれます。ただし現時点では、こうした応用の多くは研究段階にあることも理解しておく必要があります。

7. 遺伝診療とのつながり:Hi-Cはどこで臨床に接するのか

ここまで読んで、「Hi-Cは病院で受けられる検査なのだろうか」と思われた方もいるかもしれません。結論からお伝えすると、Hi-C解析は現時点では主に研究のための技術であり、日本で確立した保険診療の臨床検査ではありません。日常の遺伝子診断では、特定の遺伝子の変異を調べるパネル検査や、染色体全体の量の変化を調べるマイクロアレイ染色体検査(CMA)などが用いられています。

では、Hi-Cは遺伝診療とまったく無関係かというと、そうではありません。Hi-Cが明らかにしてきた「立体構造の破綻が病気を起こす」という知見は、遺伝子診断の解釈を支える背景知識として、少しずつ臨床の理解を深めています。たとえば、配列上は明らかな異常が見つからないのに症状がある患者さんについて、「もしかすると折りたたみ構造の異常が関わっているのかもしれない」という視点を持てるようになったのは、この分野の研究成果によるところが大きいのです。

遺伝カウンセリングにおける位置づけ

遺伝性の疾患やがんの背景を理解し、患者さんやご家族に説明する遺伝カウンセリングでは、ゲノムがどのように働き、どのように壊れうるかという最新の知識が土台になります。Hi-Cが描き出す3次元ゲノムの姿は、こうした説明の背景を豊かにするものです。ミネルバクリニックでは、臨床遺伝専門医が、こうした研究の動向もふまえながら、遺伝子や染色体に関するご相談に対応しています。

なお、本記事で紹介したHi-Cによるがんの構造異常検出や、先天疾患の病態解明は、いずれも研究レベルでの知見や、一部の専門施設での取り組みにとどまるものが多く、一般の医療機関で日常的に行われる検査ではありません。将来的にこうした技術がより身近になる可能性はありますが、現在の遺伝子診断の中心はあくまで確立した検査法であることを、正しく理解しておくことが大切です。

8. よくある誤解

誤解①「Hi-CはDNAの配列を読む検査だ」

Hi-Cが読み取るのは配列そのものではなく、DNAどうしの「立体的な近さ」です。配列を読む一般的なゲノム解析とは目的が異なり、折りたたみ構造という別の次元の情報を明らかにする技術です。両者は補い合う関係にあります。

誤解②「TADやループは一度できたら固定されている」

近年の研究で、完全なループの状態にある時間はごくわずかで、構造は絶えず揺らいでいることがわかりました。Hi-Cの地図は多数の細胞を平均した静止画であり、実際は非常に動的です。

誤解③「病気は配列の変異だけで起こる」

エンハンサー・ハイジャッキングのように、配列は正常でも折りたたみ方の変化だけで遺伝子が暴走することがあります。立体構造の破綻も病気の原因になりうる、という視点をHi-Cは与えてくれました。

誤解④「Hi-Cはすぐに受けられる臨床検査だ」

Hi-Cは主に研究のための技術であり、日本で確立した保険診療の検査ではありません。日常の遺伝子診断では、パネル検査やマイクロアレイ染色体検査などが用いられています。

よくある質問(FAQ)

Q1. Hi-C解析と普通のゲノム解析は何が違うのですか?

普通のゲノム解析は、DNAの文字の並び(配列)を一列に読み取る技術です。一方Hi-C解析は、そのDNAが細胞核のなかで立体的にどう折りたたまれ、どことどこが近づいているかを読み取ります。目的が異なるため、配列の変異を探す解析と、立体構造の異常を探すHi-Cは、互いを補い合う関係にあります。

Q2. TADやクロマチンループは、私たちの体にとってなぜ大切なのですか?

TADの境界は、あるエンハンサー(遺伝子のアクセル)が無関係な遺伝子を誤って操作しないよう仕切る「壁」の役割をします。クロマチンループは、必要なエンハンサーとプロモーターをつなぐ「配線」です。これらが正しく働くことで、それぞれの細胞が必要な遺伝子だけを、必要なときに正しく読み取ることができます。この仕組みが崩れると、遺伝子が誤って働き、病気につながることがあります。

Q3. エンハンサー・ハイジャッキングとは何ですか?

がん細胞などで染色体の構造が変化し、TADの境界(壁)が壊れると、本来は届かないはずの強力なエンハンサーが、増殖を促すがん遺伝子のスイッチを勝手に押してしまうことがあります。これを「エンハンサー・ハイジャッキング(スイッチの乗っ取り)」と呼びます。配列そのものに変異がなくても、折りたたみ方の変化だけでがん遺伝子が暴走しうる点が重要です。

Q4. Hi-C解析はミネルバクリニックで受けられますか?

Hi-C解析は現時点では主に研究のための技術であり、日本で確立した保険診療の臨床検査ではありません。そのため、一般の医療機関で日常的に提供される検査ではないのが実情です。日常の遺伝子診断では、目的に応じて遺伝子パネル検査やマイクロアレイ染色体検査(CMA)などが用いられます。遺伝子や染色体に関するご相談は、臨床遺伝専門医にご相談いただけます。

Q5. コヒーシンやCTCFの異常は、どんな病気につながりますか?

ゲノムの折りたたみを担うコヒーシンやその調節因子の遺伝子に変異が起こると、「コヒーシン病」と総称される一群の疾患が生じます。その代表がコルネリア・デランゲ症候群で、成長障害・知的障害・特徴的な顔立ちなどを示します。ゲノムの立体構造を作るタンパク質の異常が、実際の病気の原因になりうることを示す例です。

Q6. Hi-Cはがんの診断に役立つのですか?

研究レベルでは、Hi-Cが従来の方法では見逃されやすい染色体の構造異常(つり合いのとれた転座や逆位など)を検出できることが示され、白血病やリンパ腫などでの活用が検討されています。ただし、これらはまだ研究段階や一部の専門施設での取り組みが中心で、一般的な診断法として確立しているわけではありません。今後の発展が期待される領域です。

Q7. 3次元ゲノムの研究は、これからどう発展していくのですか?

1個1個の細胞の立体構造を読み解くシングルセルHi-Cや、より高精細に相互作用を捉える新しい手法の登場によって、細胞ごとの個性や、より細かな構造の理解が進んでいます。将来的には、こうした立体構造の情報が、病気の診断や治療の選択に活かされる精密医療へとつながる可能性があると考えられています。

🏥 遺伝子・染色体のご相談

遺伝子の働きや染色体の構造、遺伝性疾患に関するご相談は
臨床遺伝専門医が在籍するミネルバクリニックに
お気軽にお問い合わせください。

参考文献

  • [1] Lieberman-Aiden E, et al. Comprehensive Mapping of Long-Range Interactions Reveals Folding Principles of the Human Genome. Science. 2009. [PMC2858594]
  • [2] Rao SSP, et al. A 3D Map of the Human Genome at Kilobase Resolution Reveals Principles of Chromatin Looping. Cell. 2014. [PMC5635824]
  • [3] Krietenstein N, et al. Ultrastructural Details of Mammalian Chromosome Architecture (Micro-C). Molecular Cell. 2020. [PMC7222625]
  • [4] Fudenberg G, et al. Formation of Chromosomal Domains by Loop Extrusion. Cell Reports. 2016. [PMC5035134]
  • [5] Gabriele M, et al. Dynamics of CTCF- and cohesin-mediated chromatin looping revealed by live-cell imaging. Science. 2022. [PMC9153885]
  • [6] Nora EP, et al. Targeted Degradation of CTCF Decouples Local Insulation of Chromosome Domains from Genomic Compartmentalization. Cell. 2017. [PMC5501173]
  • [7] Harewood L, et al. Hi-C as a tool for precise detection and characterisation of chromosomal rearrangements and copy number variation in human tumours. Genome Biology. 2017. [PMC5488307]
  • [8] Liang S, et al. Hi-C Technology Reveals Actionable Gene Fusions and Rearrangements in Diffuse Large B-Cell Lymphoma. Genes (Basel). 2025. [PMC12469463]
  • [9] Lupiáñez DG, et al. Disruptions of Topological Chromatin Domains Cause Pathogenic Rewiring of Gene-Enhancer Interactions. Cell. 2015. [PMC4791538]
  • [10] Dixon JR, et al. Topological domains in mammalian genomes identified by analysis of chromatin interactions. Nature. 2012. [PMC3356448]

関連記事

仲田洋美 医師(臨床遺伝専門医)

この記事の監修・執筆者:仲田 洋美

(臨床遺伝専門医/がん薬物療法専門医/総合内科専門医)

ミネルバクリニック院長。1995年に医師免許を取得後、 臨床遺伝学・内科学・腫瘍学を軸に診療を続けてきました。 のべ10万人以上のご家族の意思決定と向き合ってきた臨床遺伝専門医です。

出生前診断(NIPT・確定検査・遺伝カウンセリング)においては、 検査結果の数値そのものだけでなく、 「結果をどう受け止め、どう生きるか」までを医療の責任と捉え、 一貫した遺伝カウンセリングと医学的支援を行っています。

ハイティーンの時期にベルギーで過ごし、 日本人として異文化の中で生活した経験があります。 価値観や宗教観、医療への向き合い方が国や文化によって異なることを体感しました。 この経験は現在の診療においても、 「医学的に正しいこと」と「その人にとって受け止められること」の両立を考える姿勢の基盤となっています。

また、初めての妊娠・出産で一卵性双生児を妊娠し、 36週6日で一人を死産した経験があります。 その出来事は、妊娠・出産が女性の心身に与える影響の大きさ、 そして「トラウマ」となり得る体験の重みを深く考える契機となりました。 現在は、女性を妊娠・出産のトラウマから守る医療を使命の一つとし、 出生前診断や遺伝カウンセリングに取り組んでいます。

出生前診断は単なる検査ではなく、 家族の未来に関わる重要な意思決定です。 年齢や統計だけで判断するのではなく、 医学的根拠と心理的支援の両面から、 ご家族が後悔の少ない選択をできるよう伴走することを大切にしています。

日本人類遺伝学会認定 臨床遺伝専門医/日本内科学会認定 総合内科専門医/ 日本臨床腫瘍学会認定 がん薬物療法専門医。 2025年には APAC地域における出生前検査分野のリーダーとして国際的評価を受け、 複数の海外メディア・専門誌で特集掲載されました。

お電話での受付可能
診療時間
午前 10:00~14:00
(最終受付13:30)
午後 16:00~20:00
(最終受付19:30)
休診 火曜・水曜

休診日・不定休について

クレジットカードのご利用について

publicブログバナー
 
medicalブログバナー
 
NIPTトップページへ遷移