私たちヒトのゲノムＤＮＡは、直径数マイクロメートル（マイクロは１００万分の１）の細胞の核に収納されている。ヒトの場合、全長約２メートルのＤＮＡのひもがヒストンと呼ばれるたんぱく質の芯に巻き付いた形（糸巻きの芯にＤＮＡのひもが巻き付いた構造）でコンパクトに収納されている。

ＤＮＡに記された生命の設計図＝遺伝子は、たんぱく質と核酸（ＤＮＡやＲＮＡ）との巧みな相互作用によって、収納状態のＤＮＡから読み出されている。構造生物学は、この収納状態の詳細な構造を解き明かしてきた。

しかし、生物は動いている。それを構成する分子も動いている。京、富岳といったスーパーコンピューターを活用した計算科学シミュレーションは、そういった複雑な分子同士のダイナミックな動きや絡み合いの詳細を私たちに解き明かしてくれる。

ＤＮＡに刻まれた遺伝情報は、ＲＮＡポリメラーゼによってメッセンジャーＲＮＡにコピーされ、そのＲＮＡの情報に基づいてリボソームという分子によってたんぱく質が合成される。ＤＮＡは右巻きの２重らせん構造をしている。この巻きの方向自体が、遺伝子の読み出しのされやすさと密接に関係していることが分かってきた。ＲＮＡポリメラーゼがＤＮＡの上を走って情報を読み取ると、前方のＤＮＡは巻きがきつくなる方向に力を受ける。巻きがきつくなったＤＮＡは曲がりにくくなって、結果的にＤＮＡがヒストンから剝がれやすくなることが分かった。つまり、ＲＮＡポリメラーゼの運動が前方のＤＮＡをたんぱく質の芯から剝がし、メッセンジャーＲＮＡへの遺伝情報のコピーを容易にしているのだ。

このように、ＤＮＡの収納のされ方自体に、遺伝情報を読み出しやすくする仕組みが組み込まれている。細胞内のナノスケールの分子の世界は、非常に巧みに作られている。遺伝情報を読み出す仕組みの全貌は、いまだによく分かっていない。このナノの世界で起こる分子同士の絡み合いを調べることで、私たちが想像もつかない巧みな仕組みが次々と見つかってくるだろう。これらの仕組みを巧みに使ったデバイスを開発することができれば、私たちの未来の生活も大きく変わるに違いない。

量子科学技術研究開発機構（ＱＳＴ）　量子生命・医学部門　量子生命科学研究所　プロジェクトディレクター　河野秀俊

　コンピューターシミュレーションと１分子計測により、ＤＮＡとたんぱく質の運動や形、それらの相互作用によって、ＤＮＡ機能の発現する仕組みを原子・分子のレベルから調べる計算生命科学研究に従事。博士（農学）。