染色体とは：構造・役割・分裂・遺伝疾患をわかりやすく解説

染色体の構造・働きから分裂過程、代表的な遺伝疾患まで図解でやさしく解説。基礎から疑問まで丸ごと理解できる入門ガイド。

細胞の染色体は細胞核の中にあります。染色体は遺伝情報を持っています。染色体は、DNAとタンパク質がクロマチンとして結合してできています。各染色体には多くの遺伝子が含まれています。染色体は、母親からの染色体と父親からの染色体のペアになっています。細胞学者は、染色体に数字のラベルを付けます。

染色体は、ごく少数の特別な例外を除いて、すべての細胞核に存在しています。つまり、真核生物だけが細胞核を持っているので、すべての真核生物に存在しているということです。真核生物の細胞が分裂すると、染色体も分裂します。

体細胞（筋肉細胞など）が分裂するとき、そのプロセスは有糸分裂と呼ばれます。有糸分裂の前に、細胞はすべての染色体を複製し、分裂することができます。染色体が複製されると、染色体は「X」の文字のようになります。染色体が二重になると、二つの半分は染色体と呼ばれます（図参照）。染色体はセントロメアで結合しています。

人間には46本の染色体があり、23対です。誰もが父親からの染色体と母親からの染色体のセットを持っています。その中には、一対の性染色体が含まれています。母親の卵子には常にX染色体が含まれており、父親の精子にはY染色体かX染色体が含まれています。これによって子供の性別が決まります。性細胞（配偶子）を作るために、幹細胞は減数分裂と呼ばれる別の分裂プロセスを経ます。これにより、23個のペア（二倍体）が23個のシングル（ハ倍体）になります。これらが受精によって結合されると、23対の新しいセットが作られます。

動物によって染色体の数が違います。人が通常の染色体の数を持っていない場合、その人は死んでしまったり、1つ以上の特殊性を持つことがあります。例えば、ダウン症候群（21番染色体が余分にある）やクリンフェルター症候群（X染色体が2本ある男性）のような遺伝病になるかもしれません。遺伝子疾患の中には、他の疾患よりも一般的なものもあります。

染色体の構造と主要な部分

染色体は単なる一本の長いDNA分子ではなく、DNAがタンパク質（主にヒストン）と結合して高次に折りたたまれた構造です。これを総称してクロマチンと呼びます。クロマチンはさらにヌクレオソームと呼ばれる基本単位が並ぶことで形成され、細胞周期や細胞の種類によって凝縮度が変わります。

• セントロメア（セントロメア）：姉妹染色分体をつなぐくびれの部分で、紡錘糸が付着して染色体が正しく分配されるのを助けます。
• テロメア：染色体の末端にある反復配列で、染色体の安定性を保ち、複製時の端部の損失を防ぎます。
• 遺伝子：DNA配列の単位で、タンパク質やRNAをコードする領域です。1本の染色体に多数の遺伝子が含まれます。

染色体と細胞分裂（有糸分裂・減数分裂）

体をつくる細胞が増えるとき（例：筋肉や皮膚の細胞）は有糸分裂を行います。有糸分裂では、細胞が染色体を複製し、それぞれの娘細胞に同じ数の染色体を均等に分配します。複製直後の染色体は「X」状の形を取り、中央のセントロメアで姉妹染色分体がつながっています。

減数分裂は配偶子（配偶子）を作る過程で、染色体数を半分にする特殊な分裂です。この過程で相同染色体の対が分離し、遺伝的組換え（クロスオーバー）によって遺伝的多様性が生じます。その結果、生じる配偶子はそれぞれ異なる遺伝情報を持ちます。

ヒトの染色体と性決定

ヒトの標準的な染色体数は46本（23対）です。22対は常染色体と呼ばれ、残る1対が性染色体です。女性は通常XX、男性はXYの組み合わせを持ちます。卵子には常にX染色体が入り、精子にはXかYのどちらかが入るため、受精時にどの精子が受精するかで子の性別が決まります。

染色体異常と遺伝疾患

染色体数や構造に異常が生じると、さまざまな健康問題や発達異常が発生します。代表的な例：

• トリソミー（例：ダウン症候群）：ある染色体が3本ある状態（21番トリソミーが最も知られる）。知的障害や特有の身体所見を伴うことが多い。
• 性染色体異常（例：クリンフェルター症候群）：XXYなど、性染色体の数や構造の異常。思春期の発育や不妊などに影響する場合がある。
• 欠失・重複・転座：染色体の一部が欠けたり重複したり、ある染色体の一部が別の染色体に移動することで病気を引き起こすことがある。

染色体異常の影響は、どの染色体のどの部分が影響を受けるかによって大きく異なります。一部は胎児致死的で、妊娠の成立や継続が困難になる場合もあります。

検査と診断

染色体異常の検出にはいくつかの方法があります。代表的なもの：

• 核型検査（カリオタイプ）：顕微鏡で染色体を観察し、数や大きな構造異常を確認する標準的検査。
• FISH法（蛍光 in situ ハイブリダイゼーション）：特定の染色体領域を蛍光プローブで検出し、微細な異常も調べられる。
• マイクロアレイ（aCGH）・次世代シーケンシング：より高解像度で欠失や重複、遺伝子レベルの異常を検出する方法。

妊娠中のスクリーニング検査や出生前診断、遺伝相談などを通じて、染色体異常のリスク評価と診断が行われます。

まとめ：染色体の重要性

染色体は生命の設計図であるDNAを収納し、正確な分配と保護を通じて個体発生や世代間の遺伝を可能にします。染色体の構造や数に異常があると健康や発達に影響を及ぼすため、基礎生物学だけでなく医学や遺伝カウンセリングの分野でも非常に重要です。染色体の研究は、がんや遺伝疾患、老化の理解と治療法開発にもつながっています。

ポリテン染色体

ポリテン染色体とは、標準的な染色体から発展した大きすぎる染色体のことです。特殊な細胞は、細胞分裂（エンドミトーシス）をせずにDNAの複製を繰り返しています。ポリテン染色体は、複数回の複製が繰り返され、多数の姉妹染色体が平行にくっついてできたものです。

ポリテン染色体は、ショウジョウバエの種やキイロモドキ科の非咬傷性のミミズに見られる。また、原生動物のCiliophora属のClembolaというクラスの節足動物の別のグループ、哺乳類の絨毛細胞や反節足細胞、植物のサスペンダー細胞にも存在しています。

ポリテン細胞は代謝機能を持っている。遺伝子の多重コピーにより、高いレベルでの遺伝子発現が可能になる。例えば、ショウジョウバエのメラノガスターでは、幼虫の唾液腺の染色体は何度もエンドレデュプリケーションのラウンドを経る。これにより、蛹化前に大量の糊が生成される。

染色体パフ（図で見る）は、ポリテン染色体のコイル状になっていない拡散した領域です。これらは活発な転写が行われている部位です。

ポリテン染色体

ポリテン染色体

ポリテン染色体とは、標準的な染色体から発展した大きすぎる染色体のことです。特殊な細胞は、細胞分裂（エンドミトーシス）をせずにDNAの複製を繰り返しています。ポリテン染色体は、複数回の複製が繰り返され、多数の姉妹染色体が平行にくっついてできたものです。

ポリテン染色体は、ショウジョウバエの種やキイロモドキ科の非咬傷性のミミズに見られる。また、原生動物のCiliophora属のClembolaというクラスの節足動物の別のグループ、哺乳類の絨毛細胞や反節足細胞、植物のサスペンダー細胞にも存在しています。

ポリテン細胞は代謝機能を持っている。遺伝子の多重コピーにより、高いレベルでの遺伝子発現が可能になる。例えば、ショウジョウバエのメラノガスターでは、幼虫の唾液腺の染色体は何度もエンドレデュプリケーションのラウンドを経る。これにより、蛹化前に大量の糊が生成される。

染色体パフ（図で見る）は、ポリテン染色体のコイル状になっていない拡散した領域です。染色体パフは活発な転写の部位です。

ポリテン染色体

質問と回答

Q:染色体は何からできていますか?

Q:ヒトには何本の染色体があるのですか?

Q:子供の性別は何で決まるの?

Q:2倍体の細胞がどのような過程を経て、ハプロイドになるのですか?

Q:染色体は細胞のどこにあるのですか?

Q:有糸分裂はいつ起こるのですか?

Q: すべての細胞の核に染色体があることに例外はあるのですか?

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