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分子生物学におけるライゲーションとは何ですか?

分子生物学におけるライゲーションとは何ですか?

DNAの塩基がホスホジエステル結合でつながっていく様子

分子生物学上、ライゲーションligationとは、2つのDNA断片がホスホジエステル結合を形成して結合することを指します。

リガーゼと呼ばれる酵素がライゲーション反応を触媒する。細胞内では、リガーゼはDNA複製中に生じた一本鎖や二本鎖の切断を修復します。

ライゲーションとは、「結合すること」と定義され、生物学においては、2つの生体分子を共有結合で結合させる酵素反応を指します。

細胞内におけるDNAライゲーション

細胞内では、DNAリガーゼは、DNA骨格の3’-ヒドロキシル基と5’-リン酸基の間のホスホジエステル結合の形成を触媒することにより、DNAの切断を識別して結合する酵素です。

DNA Ligase

ライゲーションは、DNA複製などの通常の細胞プロセスの一環として行われ、一本鎖および二本鎖のDNA切断を修復します。

実験室におけるライゲーション

DNAのライゲーションは、現代の分子生物学の多くのワークフローにおいて重要なステップです。二本鎖基質上の一本鎖切断部の隣接する残基間のニックを封鎖したり、二本鎖切断部を結合したりする作業は、DNAリガーゼによって酵素的に触媒される。隣接するDNA残基の3’水酸基と5’リン酸基の間のホスホジエステル結合の形成は、3つのステップで進行します。

  1. 1. まず、リガーゼは遊離のATPと反応して自己アデニル化します。
  2. 2. 次に、アデニル基が「ドナー」鎖の5’リン酸末端に転移する。
  3. 3. 最後に、アデニル化された「ドナー」鎖端と隣接する3’水酸基アクセプターが反応してAMPが放出され、ホスホジエステル結合が形成されます。

生体内では、DNAリガーゼは、DNAの複製や修復に重要な役割を果たす必須の酵素です。研究室では、クローニングおよびノンクローニングの両方の用途でDNAライゲーションを行っています。

この記事の著者:仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号

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。

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