2010. 10.04： イントロダクション 分子生物学の起源～メンデルの法則～ 白い花（劣性） 赤い花（優性） （親） Keyword w w R 表現型(phenotype) 遺伝子型(genotype) R （子） 優性のRを含むので、すべて赤い花 w R （孫） w R R R w w w R 遺伝子はRR、Rw、wwの三通り RR：Rw：ww ＝ １：２：１ 赤:白の割合は ３：１ R RR Rw 親の形質を決めているのは何らかの 物質(遺伝子)であることを予言 w Rw ww 1 分子生物学の歴史 10年 人工ゲノムによる細菌の創製 07年 ヒトiPS細胞 の樹立 2010年 03年 ヒトゲノム解読 終了 98年 RNAi干渉 98年 ヒトES細胞の樹立 97年 クローン技術（ドリーの誕生） 2000年 1995年 90年 遺伝子治療法 1990年 85年 ＰＣＲ法 82年 ヒト組み換えｲﾝｽﾘﾝの認可 1985年 1980年 75年 DNAｼｰｸｴﾝｼﾝｸﾞ 73年 遺伝子組み換え技術 1975年 1970年 1960年 53年 DNA二重らせん構造 33年 遺伝子がＤＮＡである 1950年 1940年 1930年 1865年 メンデルの法則 2 ノーベル賞からみた分子生物学（１） ノーベル賞 スウェーデンの化学者アルフレッド・ノーベルの遺言に基づき、遺 産をノーベル財団が運用 １９０１年～ 物理学賞 化学賞 生理学・医学賞 文学賞 平和賞 経済学賞（１９６８年～） 3 各賞の賞金は１千万スウェーデン・クローナ 2007年度のノーベル賞(医学生理学賞) マリオ・カペッキ米ユタ大教授（７０） マーティン・エバンス英カーディフ大教授（６６） オリバー・スミシーズ米ノースカロライナ大教授（８２） 受賞理由は 「胚（はい）性幹細胞（ＥＳ細胞）を使って特定の遺伝子 を改変する原理の発見」 ES細胞 特定の遺伝子の機能を失わせた 「ノックアウトマウス（ knockout mice ）」 4 ヒトの病気を複製した実験用マウスを作製 http://www.linguamedica.jp/mita/20030618/knockout/knockout_files/image003.gif 胚性幹細胞（ES細胞） 高増殖能 分化多能性 分化 増殖 神経細胞 心筋細胞 ヒトES細胞 1998年樹立 再生医療への応用が期待された 肝細胞 ・・ ・ ES細胞の問題点 免疫拒絶反応 （受精卵：患者由来ではない） 作製 受精卵 ES細胞 生命倫理の問題 （ヒトES細胞はヒトの生命か？）5 人工多能性幹細胞(iPS細胞) Dr. Shinya Yamanaka 遺伝子導入 線維芽細胞 （体細胞） ES細胞 iPS細胞 分化多能性マーカーを発現 24種の候補遺伝子 ecat1，dppa5 ，fbxo15，nanog，eras，dnmt31，ecat8，gdf3 sox15，dppa4，dppa2，fthl17，sall4，oct4 ，sox2，rex1 utf1，tcl1，dppa3，klf4，β-catenin，c-myc，stat3，grb2 Oct4,klf4,sox2,c-myc遺伝子の導入によりiPS細胞が作製 6 Keisuke O. et al. Nature(2007) 人工多能性幹細胞(iPS細胞) ES細胞 細胞数 iPS細胞 iPS細胞 胚盤胞 キメラマウス 線維芽細胞 胚由来 iPS細胞由来 培養時間[days] 高増殖能 ES細胞に対する優位性 患者由来 体細胞 Fig. キメラマウスのSSLP解析 分化多能性 倫理的問題が少ない 作製 iPS細胞 免疫拒絶反応無し 7 分子生物学と生命工学 分子生物学 DNA二重らせ 制限酵素の発見 んの発見 1953 1970 ヒトゲノム 計画開始 遺伝子工学 の基礎研究 1980 好熱性細菌から のDNAポリメラ ーゼの単離 1990 クローン羊ド リー誕生 1996 ヒトゲノム 完全解読 2003 生命工学 1972 DNAの組み換え 技術の開発 1975 DNAシークエンサーの 発展 PCR法の確立 シークエンス解読 手法の確立 1986 1988 1991 高分子のイオン化 法の確立 質量分析計の発展 DNAチップの開発 8 分子生物学と生命工学（１） 分子生物学 DNA二重らせん 1953 制限酵素発見 1970 1972 生命工学 DNAの組み換え技 術の開発 DNA二重らせん 遺伝子組み換え技術の確立 生物を用いた物質生産時代の到来 （ヒト組み換えインシュリン等） 制限酵素の発見 9 http://www.sanger.ac.uk/Teams/Team17/gfx/mass-spec_600.gif より 分子生物学と生命工学（２） DNAポリメラーゼ 分子生物学 遺伝子工学 の基礎研究 耐熱DNAポリメラー 1980 ゼの単離 1986 http://www.shiyakudaiichi.jp/support/apps/finn_n eb/img/p11middle.jpg PCR法の確立 生命工学 PCRの開発 好熱性細菌からDNAポリメ ラーゼの単離 高温でも失活しないDNAポリメ ラーゼの獲得 PCR法：遺伝子増幅技術 任意の遺伝子断片を230倍 に増幅可能 10 http://www.vu-wien.ac.at/i123/pictures/PCR-Schema1.gif 分子生物学と生命工学（３） 分子生物学 DNAシークエンスの高速化 1977年 1975 1990 2003 シークエンス 解読手法の確立 ヒトゲノム 計画開始 ヒトゲノム 完全解読 処理能力：1000塩基対/年 生命工学 1982年 自動DNAシークエンサシステムの提唱 1993年 キャピラリー方式（シースフロー）の採用 自動DNAシークエンサの開発 1986年 処理能力：500,000塩基対/日以上 処理能力：12,000塩基対/日 平板ゲル方式 http://www.oitda.or.jp/main/hw/hw0121-j.html Optoelectronic Industry and Technology Development Association HPより 蛍光検出器 走査型レーザ 2007年 処理能力：3,840,000塩基対/日 2007年 新規DNAシークエンス技術 処理能力：6,500,000塩基対/H 11 分子生物学の基礎：なぜ原核生物か？ 真核生物より単純である 大腸菌ゲノム長 ６メガ塩基対 = 600万塩基対 ヒトゲノム長 ３ギガ塩基対 = 30億塩基対 原核生物と真核生物の細胞の比較：東京薬科大学山岸氏のページ http://www.ls.toyaku.ac.jp/~lcb-7/yamagishi/eukaryotes.html 生育が早く、培養が容易である 大腸菌：20分間に１回細胞分裂 1019/20時間 12 分子生物学で用いられているモデル生物 1. www1.plala.or.jp/yossie/ikimono/ik03.htm 2. coffeeblackandcigarettes.wordpress.com/2007/04/ 3. www.hyakka-saen.com/birukoubo/birukoubo.htm 4. www.ucl.ac.uk/~ucbtdag/C339Talk2.html 5. flickr.com/photos/max_westby/54275159/ 6. http://www.astrosurf.com/luxorion/Bio/souris.jpg 1.バクテリオファージ 2.大腸菌 3.出芽酵母 4.線虫 5. ショウジョウバエ 6. マウス 生物の遺伝的な操作や研究が可能なこと 研究者の数が多い モデル生物の選択 生命現象の基本原理→ファージ、大腸菌 真核細胞のモデル→酵母 発生や行動→線虫、ショウジョウバエ ヒトの生理や病気→マウス（哺乳動物） 13
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