細胞の分子生物学 第11章 「小分子の膜輸送と, 膜の電気的性質」

担当：新田
参加者：8名

概要
　細胞は特定の水溶性分子やイオンを運ぶために、特異的な膜輸送タンパクを利用する。膜輸送タンパクには大きく分けて輸送体とチャネルの2種類がある。
　輸送体は特定の溶質を結合し、溶質結合部位を膜の一方の側と他方の側に交互に向ける構造変化を起こして輸送を行う。
　チャネルは膜を横切る小孔を作り、特定の無機イオンを電気的勾配に従って脂質二重層を通過させる。

議論点
イオンチャネルは人工的に作れるのか

・イオンチャネルの持つ機能
1. （無機イオンの）大きさによる選別
2. 向き（一過性、受動輸送）に対する選択性
3. 迅速な輸送（輸送体の10万倍）
4. （水分子を外すことによるエネルギー的な）イオン選択性

・上記の機能を再現するには
1. 特定の大きさの孔を開ける
2. 電圧（水圧など、圧力全般可）をかける
3. 2.の圧力を高くする
4. フィルターの大きさと素材で実現されている（例えばK+チャネル）

・先行研究
金属有機多面体（ロジウム）を利用し、通過する無機イオンを検出する（選別は×）人工イオンチャネルが存在する

・人工のメリット
新特異性チャネルを作ることができる

まとめ
　イオンチャネルの持つ機能を挙げてそれらを再現する方法を議論したところ、タンパク質等を用いることで人工イオンチャネルは作成出来そうという結論になった。評価関数には無機イオンの通過数や選択性を用いれば良さそうだ。

細胞の分子生物学 10章「細胞の内部の構造」

担当：相澤
参加者：7名

概要

10章では、生体膜の構造や機能について述べている。膜は脂質二重膜という構造であり、膜の機能は膜タンパクが担っている。

議題

 細胞内のコンピュータシミュレーションはどれほどの精度で再現可能なのか、パラメーターの決定は如何にして行われるのか

議論内容

・コンピュータシミュレーションの精度について

1995年には300(ps)間のホスファチジルコリン100分子からの原子の位置の計算ができる、またムーアの法則を使うと現在は計算力が4^7倍になっているという予測ができるので、10(ps)で計算できるだろう。

・パラメータの決定の仕方

メインの原子の運動は運動方程式を使って計算できる。原子の質量は既知なので力（結合の強さ）について知りたい。

それぞれについて

原子の結合の強さ➡︎現在はパッケージを使っている。真の値を求めるのはまだできていない。

原子モデルの大きさ➡︎ファンデルワールス力による。

初期位置➡︎ランダムの方がいいが難しいので、整列の状態。

初速度➡︎温度による。

実験系の大きさと温度➡︎観察のしやすさと結果の妥当性の両立による。

まとめ

コンピュータシミュレーションはこれから計算力が上がることで発展があると考えられる。また、パラメータの決定についてはいくつかについて曖昧であるため、基礎研究の発展によって精度が上がると予測される。

細胞の分子生物学 9章「細胞の可視化」

担当：小澤
参加者：7名

概要

9章では、主にマーカーと顕微鏡に重点をおいて観察の手法に付いて述べられている。
また、顕微鏡によって得られた画像から3次元構造を推定する手法に付いても述べられている。

議題

顕微鏡の分解能を上げる方法とその結果見えるようになる物

議論内容

現在電子顕微鏡の分解能は0.05nm。しかし、細胞など生物を観察する際には1nm程度までしか見ることができない。これは電子の透過力が小さいために対象を凍結させたりと強く固定する必要があるためである。これを解決する案として

• 固定法を変える(より生きている状態に近づける)
• 電子線を使わない(x線など)
• 画像解析技術などソフト面を強化する

があげられた。

電子は極めて透過力が弱いので(例えば液体の水があると駄目)、固定法を変えるのはあまり現実的でなさそうだ。電子線を使わないとなると、波長による限界が問題になってくる。

(現在x線顕微鏡の分解能は15nmくらい)

原子を見るには0.1nmくらいの分解能が必要なので、超解像の技術が必須になってくる。

また、画像解析技術も有効かもしれない。

現在の電子顕微鏡における固定のような強い固定を必要とせずに、分解能を0.1nmくらいまで上げることができれば、生物においても原子レベルまで見えるだろう。

まとめ

電子顕微鏡における固定法は生物の観察には向かないので、電子顕微鏡を使わずに分解能を0.1nm程度まで上げることで、生物においても原子レベル

細胞の分子生物学 8章6節 「細胞機能の数学的解析」

担当：矢後
参加者：7名

概要

この節では、現代の生物学で数学と定量的手法がどのようなことをやれるのか、ということが紹介されている。
主に説明されたのは、細胞の調節機構における分子間の相互作用を数学的にどう表現し、解析できるかということや、フィードバック、フィードフォーワードなどのネットワークモチーフの解析について論じられている。

議題

定量的な数学的解析が少しずつ可能になっていく中、一番近い将来（１０年くらいで）どのようなことが可能になるか

議論内容

１０年もあれば計算機のスペックも今よりずっと良くなっているだろうから、色々できるようになっているのではないか。ということでまずは、今回の議論で挙げられた「計算力が上がればできそうなこと」を３つ紹介していく。

• 計算量が膨大になってしまうことから、今は確率的なことを無視してモデルを考えているが、将来的に計算力が上がれば何とかなりそうである。
• 現在開発が進められているエージェントベース・シミュレーションも計算量がネックだが、それならこれも何とかなりそうである。
• 計算力が上がれば、タンパク質の挙動を計算することで臓器一つ分くらいのシミュレーションはできるようになるんじゃないか

しかしこのままではあまりにも計算機任せすぎるので、「そもそも計算量を減らすようなアルゴリズムを考えることが大事」というもっともな意見も出た。

この他に出た意見としては、「ある症状に対して、様々な薬の効果をまとめランク付けしたデータベースがあったら良いのではないか」というユニークなものもあった。

まとめ

人任せにしないで、我々のできることを考え実行していくべきである。

細胞の分子生物学 第8章 「細胞、分子、生体システムを解析する」4,5節

担当：荒井
参加者：8名

[概要]
1970年代初めには生体物質の中で最も生化学的解析が困難とされていたDNAも、現在では組み換え技術などDNAを扱うことは容易になってきている。特定のDNAをクローニングすることも可能となっており、診断や法医学など様々な場所にも応用されている。また、塩基配列の決定のハードルも下がっており、ゲノム情報とその機能の同定（ゲノムアノテーション）が試みられている。ゲノムアノテーションには遺伝子と変異の相関性を知ることが重要で、遺伝子から変異・変異から遺伝子と双方向の研究がなされている。遺伝子操作は今後も医療の発展や世界の食糧難の解決に役立つことを期待されている。

[議論点]

対立遺伝子に優性・劣性が存在する意義とは？

[議論内容]

一般的な優性・劣性の振る舞い
優性→機能獲得、劣性→機能喪失

優性・劣性の例　血液型、カブトムシの眼色、マウスの毛色など
共優性の例　　　人間の髪色、HLA遺伝子など

アルビノ（メラニンが欠乏する遺伝子疾患）
　　例：ホワイトタイガー
　　色素を生み出すどこかの段階で遺伝子の発現が失われていると考えられる（実際にアルビノの方でも個人差がある）
　　（優性・劣性の話とは違う？）

2種の対立遺伝子において、優・優と優・劣の組み合わせでは違う？
　　人間の知覚できるレベルで優劣を付けるか共優性か分けられているのではないか
　　連続的な定義であるべき可能性もある

生物の始まりには対立遺伝子は存在しなかった？
　　バックアップとして対立遺伝子が発生し、遺伝していく中での変異で優性・劣性が生まれたのかもしれない（おそらく真核生物ではないだろうか）

[まとめ]
表現型としての優性・劣性は人間の知覚レベルで分けられた違いであり、発現レベルの連続的な違いで見ることが重要であるかもしれない。優性・劣性は真核生物が遺伝子のバックアップとして生み出した遺伝子が変異したものであり、いわば偶然の産物であるとも考えられる。

Nature Podcast ”Problems with Pet DNA"

担当　B4みよし
出席者 7名

概要:
https://www.nature.com/articles/%20d41586-018-05771-0
DNA解析をペットがかかりうる病気を診断することに使用することに関する是非

問題点:
・DNA解析の結果の解釈の基準が無いため、DNA解析の結果を企業側が恣意的に解釈し、自社の製品（ペットフードなど)を飼い主にすすめることが可能
・どのSNPがどの病気のリスクを高めるのか実はわかっていないので、そもそもそのような解析自体が無意味な可能性がある

解決策
・レギュレーションを設ける
・DNA解析の結果を悪用しないように監視する国際的な機関を作る

細胞の分子生物学 第8章「タンパク質、DNA、RNAの操作」 1,2,3節

担当：顔
参加者：8名

概要
この章はタンパク質、DNA、RNAなどの細胞の構成成分の研究に用いられる主な技術を紹介します。
第一節に細胞器官を単離する方法蛍光色素標識やレーザー顕微解剖法、またES細胞およびハイブリドーマを紹介しました。
第二節にタンパク質の精製の話をしまして、細胞小器官のホモジェネートに細胞を分画する超遠心法と平衡沈降法二つ方法を分かりしました。
最後の節はタンパク質の解析を紹介します。タンパク質分離技術SDSとイオン交換クロマトグラフィ及び二つの方法を組み合わせた二次元ゲル電気泳動、また特定のタンパク質を同定する免疫プロット及び未知タンパクを同定する質量分析法などを紹介しました。それ以外にタンパク質配列の類似性検査を使って機能の予測、またタンパク質の構造予測から機能の推定までの研究課題をわかりました。

議題
あらゆるタンパク質について、アミノ酸配列からその機能を完全に予測できるようになる日は来るか

現段階の研究：
間接の予測、機能の同定（機能から配列まで）
１、タンパク質や核酸の配列がデータベースに登録されて、わかった遺伝子と比較して遺伝子機能やそれが指令するタンパク質の推測できます。
２、未知機能アミノ酸配列を既知アミノ酸配列のデータベースに類似性検索して、進化の類縁関係を利用して推定します。

直接の予測（配列から構造まで、構造から機能まで）
１、配列から構造まで
タンパク質の構造予測：二次元構造、折りたたれ、三次元構造
ーーCASP（タンパク質構造予測コンテスト）
２、構造から機能まで
似てるタンパク質構造は似てる機能があるかもしれません
変異のシミュレーション
リガンドとタンパク結合部位の予測

そのほか：
タンパク質ネットワークからタンパク質機能の推定
ーーCAFA（タンパク質機能推定コンテスト）

現段階完全できない可能の理由：
コンピュータの性能を向上しても、homology simulation、ab initioにまだ色々な制限があります。

まとめ
以上の方法を使ってタンパク質データがどんどん増えていますが、正しくまた完全的にタンパク質の機能を知るのはまだ長い戦争です。

細胞の分子生物学 第7章「遺伝子発現の調節」 6,7節

担当：新田
参加者：8名

概要
　細胞は遺伝子の発現を調節するため、RNAからタンパク質に至る経路の色々な段階を制御している。これらの調節段階の大半には調節を受けるRNA分子内の特異的塩基配列または構造の識別が必要であり、それを担うのは調節タンパクまたは調節RNA分子である。
　よく解明された非翻訳RNAの使用例として、短い一本鎖RNAがガイド役として働き、細胞内の他のRNAを塩基対形成によって選択的に識別して結合するRNA干渉がある。RNA干渉はmRNAの分解または翻訳抑制を引き起こし、また、特定の遺伝子群をヘテロクロマチンに凝縮させることでその転写を抑制することもある。

議論点
様々な段階で調整を行う利点

・遺伝子発現の調節段階には以下の6つがある
①転写調節 ②RNAプロセシングの調節 ③RNA輸送と局在化の調節 ④翻訳調節 ⑤mRNA分解の調節 ⑥タンパク質の活性調節

・上記は真核生物の場合であり、原核生物では①と⑥のみ（④も多少はあるかも）

利点
・保留にできる（量の微調整が効きやすい）
・時短になる（？） → 質が下がるのでは？
・調節対象による適、不適への対応（ただし、①⑥のみでは×）
・環境への適応力が上がる（③〜⑥：核外での調節）
　→核外という「より近い場所」で刺激を受け取ることができる
　　→核内外の出入りのコストの問題は？（一応通れることは通れる）
・バリエーションを増やす（②）
　→各々に対応する遺伝子を持っていればいいのでは？
・mRNAの方が運搬が楽（③）
・mRNAの状態で貯めておくことが、一部の細胞では大切（④）

（欠点？：構造が複雑になる）

まとめ
　大部分の遺伝子では転写調節が最も重要であるが、それに加えてタンパク質の活性調節も重要であるということが、原核生物の調節機構からも理解できる。その間にある複数の調節段階は、基本的には「効率化」、つまり「応答速度を早くする」ということが主要な利点として挙げられるのではないだろうか。

細胞の分子生物学 第7章 「遺伝子発現の調節」 4,5節

担当：相澤
参加者：７名

概要

動植物の様々な細胞は、細胞の型ごとに異なる遺伝子セットを転写する仕組みで主に作り出されている。高等な真核生物では各型の細胞に特定の転写調節因子セットが存在し、その細胞型に適した遺伝子群のみが確実に発言するようになっている。また、専門化した動物細胞は細胞分裂を繰り返しても、また培養増殖下でも固有の性質が維持できる。よって遺伝子調節機構は安定で分裂後も受け継がれる。転写調節因子が自ら永続的に合成できるような直接または間接的な正のフィードバックループは細胞の記憶の最も単純な機構になっている。真核細胞での遺伝子発言記憶パターンを細胞に記憶させるために、受け継がれる形のDNAメチル化やクロマチン凝縮状態を付加機構として使っている。DNAのメチル化はゲノムの刷り込みとも関係している。

議題「ゲノム刷り込みを阻止することでゲノム刷り込み由来の病気の発症を防ぐことはできるのか」

病気の発症の原因は活性を持つ遺伝子が変異、かつゲノムの刷り込みが同時に起こることにある。そのためゲノムの刷り込みを阻止すれば発症は抑えられる。

ゲノムの刷り込みをなくすためには、まずゲノムの刷り込みの存在理由を知る必要がある。存在理由としては議題では二つの説が上がった。

一つは無為生殖を無くすためという説である。ゲノムの刷り込みがなければ必ず両親の遺伝子が必要であり、無為生殖がなくなることで種の多様性を保つことができる。しかし無為生殖は高等な生物の一部で度々起こることが確認されていることであり、無為生殖が生物全般で防ぎたいことであるなら、ゲノムの刷り込みが有胎哺乳類のみで起こることと矛盾している。

もう一つは、大きな子供を残したい雄と大きな子供を残したくないメスの妥協点であるという説である。ゲノムの刷り込みの多くは胎児の成長に関与するで起こり、雄由来の遺伝子で胎盤の形成の決定をしメス由来の遺伝子で子供のサイズを決定する。これは雄としては自分の遺伝子を残したいために子供ができるかどうかを決定させ、雌は自分の身の安全の上で子孫を残したいため子供のサイズを決めていると考えると辻褄が合う。
また胎児目線だと自分の体の大きさを決める上で母体の遺伝子の基づいた体のサイズ決定をすることが最適解と考えられる。これは有袋哺乳類だけで起こることとも矛盾がないが、胎盤の形成の関与する遺伝子が雄由来であることの理由が弱い。

まとめ

議題の結論としては、ゲノムの刷り込みを阻止すれば、病気の発症を防ぐことは可能である。しかし刷り込みを阻止することを考えたときに、ゲノム刷り込みの存在理由が曖昧であり阻止して良いとは言い切れない。したがって発症を無くす第一歩として存在理由を明らかにすることが必要である。

細胞の分子生物学 第7章 「遺伝子発現の調節」 1,2,3節

担当：矢後
参加者：7名

概要

様々な細胞の違いは発現している遺伝子の違いであり、細胞が発生する過程でこの発現する遺伝子の調節が行われている。この調節で最も重要なのはRNA転写の段階である。転写調節因子がDNAの特定のシス調節配列を認識することで、どの遺伝子を発現するかどうか（オンorオフ）を決めるのである。その仕組みとしては、調節因子がシス調節配列に結合すると、状況によってその遺伝子にRNAポリメラーゼが結合できないようにして、RNAの転写が行われないようにしてしまうのである。

議題

細胞がDNAを変化させずに分化する理由
言い換えると、なぜ細胞ごとに異なるDNAを持つようにはならなかったのか

メリット、デメリットとして上げられた意見

メリット

・DNAを変化させないほうが遺伝が容易いのではないか。

（これについては、生殖細胞だけが全情報を保持すれば良いのではないか、という意見も出ている）

・ヒトデ、プラナリア、またはiPS細胞の例ように、細胞分化によってあらゆる細胞になることができる仕組みが成り立つ。

・環境適応（環境によって遺伝子発現の調節を変えること）が可能になる。

デメリット

・１つの細胞に全ゲノム情報があると、サイズの無駄になるのではないか

ゲノムを再編成するにしても、結局はそのための機能が必要なのではないか

初めは「遺伝子発現を調節」 vs 「細胞ごとにゲノムを再編成」の議論かに思われたが、結局は後者も、細胞ごとに決まったゲノムを再編成するためには調節の機能が必要なのではないか、という意見が出た。

免疫細胞は実際にゲノムを再編成する

免疫細胞の中には、ゲノムを再編成するものも存在する。

それぞれの細胞が限られた対象（抗原など）に反応するように、つまり機能を特化させる目的で、ゲノムから余計な部分を削るのである。

まとめ

細胞分化の過程でゲノムを再編成するのは、再編成の調節機能も必要になるため、免疫細胞のような一部を除いては無駄なのかもしれない。

唯一のデメリットとして挙げられた「１つの細胞に全ゲノム情報があると、サイズの無駄になるのではないか」という問題については、実際にどれほどのサイズが必要なのか考える必要があるだろう。

細胞の分子生物学 第6章「ゲノム情報の読み取り」第 2, 3節

細胞の分子生物学 第6章「ゲノム情報の読み取り」第 2, 3節

担当：小澤
参加者：8名

[概要]

　mRNAの塩基配列はヌクレオチド 3個ずつの組み合わせとして読み取られる。この3文字の組み合わせによって、対応するアミノ酸が生成される。RNAは４種類のヌクレオチド(A,U,C,G)をもつため、この３文字の取りうる組み合わせは4×4×4=64通りである。しかし、 タンパク質に普通見られるアミノ酸は20種である。1つのアミノ酸に対応する３文字の組み合わせには被りがあり、６種類のコドンから翻訳されるアミノ酸もあれば１種類からしか翻訳されないアミノ酸もある。

[議題]

　各アミノ酸に対応するコドンの数が違う理由

ー複数のコドンがある意味ー

　1つのアミノ酸が複数のコドンを持つ場合そのコドンは似ている場合が多い(多くの場合3文字目だけ異なる)。 そうすることで変異によって１文字変わったとしても、 翻訳先のアミノ酸は変わらない、ということが起きる。これによって、変異に対してある程度強くなる。

ー重要度の高い(たくさん必要な)ものは種類が多い？ー

　たくさん必要なものにコドンを多く割り当てることによって、発生確率をあげている可能性がある。

しかし、たくさん必要だから多種のコドンを割り当てたのか、多種のコドンが割り当てられているために多く存在するのか、という疑問も生じる。

ー誤って生成された際に有害なものは種類が少ない？ー

　コドンが 1種類しかないものはメチオニン(開始コドン)とトリプトファン。コドンを６種類(最多)持つものはアルギニン、ロイシン、セリン。トリプトファンは側鎖が以上に大きくロイシンとセリンは小さい。 開始コドンが誤って生成されると新しく誤生成された開始コドンから元々開始コドンだった場所までの間で、大量の不要なアミノ酸が生成される。また、側鎖の大きいものほど誤生成されたときの影響が大きい、これらのことから、 コドンの種類は誤生成されたときの危険度と関係がありそうだ。

ー偶然？ー

　コドン表が最適であるかはわからない。あるときある程度うまくいくコドン表が生まれ、それが爆発的に広がり、コドン表の最適化は行われていない可能性がある。シミュレーションをすることで、コドン表がどの程度効率的に作られているかが分かるかもしれないが、計算量は膨大である。

まとめ

　コドンが複数あることによって、変異に強くなる。ただし、たくさんのコドンを持つアミノ酸は、変異によって誤って生成される確率が高い。誤生成された場合に致命的となるようなアミノ酸には割り当てられているコドンが少ない可能性がある。

細胞の分子生物学 第6章「ゲノム情報の読み取り」1節

担当：荒井
参加者：8名

[概要]
　DNAからの転写によってmRNAは生成される。転写の開始および終了位置は特定の配列により決定され、転写はRNAポリメラーゼが行う。細菌ではRNAポリメラーゼは1種類だが、真核生物では複数となり複雑さを増す。転写されたmRNAに対してタンパク質に翻訳されない領域イントロンを切除するスプライシングを行う。適切に加工されたmRNAは核膜孔複合体を通って細胞質へと運ばれ、タンパク質となる。最終産物がRNAとなる物も存在し、細胞内で構造体や調節因子として働く。

[議論点]

Why do we need to convert DNA to RNA to make proteins? Why can’t we skip the process of transcription?

なぜタンパク質合成のためにDNAをRNAに転写する必要があるのか？なぜ転写を省略することは出来ないのか？

RNA転写のメリットの考察

　遺伝情報保存の能力だけでなく伝達する能力も兼ねている

　DNAよりもサイズが小さいため情報伝達の能力が高い（必要な情報のみ伝達可能）

　不要になった要素を破棄することが簡単

　全てのDNA鎖を開くには時間がかかるため部分的に行う転写の方が時間効率が良い

　DNAにとってはタンパク質合成よりもRNA転写の方がコスパが良い

→スプライシングをする手間があるため一概にそうかは分からない

RNA転写のデメリットの考察

　DNAから直接プロテインを生成するよりも1ステップ多くなっている

　DNA複製と比べて塩基配列の誤りは多くなる（DNA複製の約1,000倍の確率）

DNAとRNAの比較

　双方とも2本鎖を形成するが、RNAは2本鎖で安定した状態が複数存在する。したが

　って、DNAの方がより画一的な状態で保存できていると考えることも出来る。

古来DNAは存在していなかった可能性

　生物の起こりの段階では細胞はRNAの海であり、RNAからタンパク質を合成すると

　いう方法しか存在しなかった。また、RNAが突然変異を起こしてDNAが誕生したと

　いう説もある。

[まとめ]
　RNAを転写によって生成するメリットは多数考えられた。特にDNAよりもRNAの方が小さなサイズであるという点は大きな違いであると思われる。また、DNAよりもRNAが古来から存在しているのではないかという観点も現在のRNA転写を考える一つの要素である。

Molecular Biology of Cells Chapter 5 (Second Half)

DNA Repair

Organism should maintain the genetic stability for its survival. DNA repair is correction of spontaneous changes in DNA by a set of processes that are collectively. The importance of DNA repair is evident from cells make in DNA repair enzymes. For example, human disease named Xeroderma pigmentosum (XP), the afflicted individuals have an extreme sensitivity to ultraviolet radiation because they are unable to repair certain DNA photoproducts.

Without DNA repair, spontaneous DNA damage would rapidly change DNA sequence. For example, the DNA of each human cell loses about 5000 purine bases (adenine and guanine) every day because their N-glycosyl linkages to deoxyribose hydrolyze, a spontaneous reaction called depurination. If left uncorrected when the DNA is replicated, most of these changes would be expected to lead either to the deletion of one or more base pairs or to a base-pair substitution in the daughter DNA chain.

The DNA double helix is readily repaired. Thus, when one strand is damaged, the complementary strand retains an intact copy of the same information, and this copy is generally used to restore the correct nucleotide sequences to the damaged strand.

DNA damage can be removed by 2 pathways:

1.     Base excision repair -> the altered base is removed by a DNA glycosylase enzyme, followed by excision of the resulting sugar phosphate.

2.     Nucleotide excision repair -> a small section of the DNA strand surrounding the damage is removed from the DNA double helix as an oligonucleotide

Other critical repair systems-based on either non-homologous end-joining or homologous recombination-reseal the accidental double-strand breaks that occur in the DNA helix.

Homologous Recombination

Nucleotide sequences are exchanged between two similar or identical molecules of DNA. The used of homologous recombination are:

1.     Accurately repairing double-strand break

2.     Exchange bits of genetic information between two different chromosomes to create new combinations of DNA sequences in each chromosome during meiosis

3.     Used in horizontal gene transfer to exchange genetic material between different strains and species of bacteria and viruses

Term: hybridization -> single-stranded DNA or RNA molecules anneal (pair by hydrogen bonds to form a double-stranded polynucleotide) to complementary DNA or RNA.

Transposition and Conservative Site-Specific Recombination

These two types of recombination (collectively termed mobile genetic elements) can alter gene order along a chromosome, and cause unusual types of mutations that add new information to genomes. It often considered to be molecular parasites that persist because cells cannot get rid of them; they certainly have come close to overrunning our own genome. However, it can provide benefits to the cell, in the case of antibiotics resistance in bacterial cells.

1.     Transposition is the movement of genetic material between unicellular and/or multicellular organisms by horizontal transmission of DNA from parent to offspring. This is the primary mechanism for the spread of antibiotic resistance in bacteria.

On the basis of their structure and mechanism, transposition can be grouped into: DNA-only transposons, retroviral-like retrotransposons, and nonretroviral retrotransposons.

Term: transposons or transposable elements -> a specific enzyme called transpoase, acts on a specific DNA sequence at each end of transposon, causing insert into a new target DNA site.

2.     Conservative site-specific recombination can distinguish from transposition. First, it requires specialized DNA sequences on both the donor and recipient DNA. Second, the reaction mechanisms are fundamentally different.

This recombination can be used to turn genes on or off. It was discovered in bacteriophage lambda.

Discussion

Is it possible to make the desired sequence by utilizing transposition?

The idea: 

- transposons can move everywhere on the genome.

- we can imagine where the transposons will be move on the genome.

Application of Transposons

1. Control HIV virus to become less active. There are 2 ways: 1) copy and paste, 2) cut and paste. With cutting the HIV sequence, it can decrease the spread of HIV virus. Cut and paste way can make the desired sequence by using transposons.
2. Cure danger sequence in human (possibly).
3. Transposons can be used to randomly disrupt gene. So, we can select good result from it.
4. To introduce new sequence.

細胞の分子生物学 第5章前半「DNAの複製」

担当:三好
参加者:9名

概要
　

1. 短期間の生存を考えると、細胞はDNA内に変化が起こることを避けたほうが良いが、種の長期的な生存にはDNAシーケンスは可変であることが望ましい。細胞はDNAを守ろうとしますがまれにDNAシーケンスの変化は起こります。このような変異が起こる確率は観測できるだろうか。虫やバクテリアなどによる実験室内での観測をによると、10^9ヌクレオチド中１つの割合で変異が起こるらしく、このことから変異はとてもまれなものだと分かる。
2. さて、このDNA複製メカニズムは,一秒間に1000個のヌクレオチドの速さで複製が行われているのにも関わらず、どのようにしてこのような高い正確性を持たせることができるのだろうか。これには、娘のDNA鎖を親（template)から作り出すとき、2段階の誤り訂正が行われているからである。まず第一段階として、合成中の鎖に、ヌクレオチドが付加される直前にDNAポリメラーゼが行う。ポリメラーゼというのは、その単量体（monomer)を結合させて重合体（polymer)を合成する酵素である。ポリメラーゼよって、ヌクレオチドの付加を触媒する前に、正しい塩基対の立体構造のとき活性部位を閉じる反応がより起こりやすいことを利用して、塩基対の配置が正しいのか確認するように働く。二段階目の誤り訂正は、エキソヌクレアーゼ活性によるものである。これは、簡単に言えば塩基対形成しないような塩基をこの活性によって切りとるような反応である。このエキソヌクレアーゼ活性は、DNA複製が5’から3’方向にしか起こらないことを説明する裏づけにもなっている。将棋や囲碁で言うところの、「待った」のような機能であると私は思った。このような修正機構をもったDNA複製機構は、RNA合成やnRNA合成の翻訳過程の誤り率の10万分の一であり、驚くべき制度といえる。
3. DNA合成は最初短いRNA分子を使って、Y字フォークのリーディング鎖でまず一時的にプライマーRNA分子を使って始まり、そのプライマーRNA分子はDNAに置き換えらる。線上DNAのいちばん端では、プライマーRNAを作る余地がない。細菌はこの問題を染色体を環状DNAにして解決している。一方で、真核生物は、染色体の末端に特定の塩基配列をおいて、テロメアを構成するやりかたで解決。ヒトの体細胞ではこのテロメア反復配列が各細胞に備わる計数装置となって， 成体組織で“不良" 細胞が際限なく増殖するのを防ぐ役をしているという考えがある。

議論:

不老は実現可能か

"老い"とテロメア

・真核生物は染色体の末端にテロメアを置く　

テロメアはろうそくのように寿命を定める

テロメアは真核生物にとって不良細胞が増殖するのを防ぐ役割（例:がん）

・菌類は染色体を環状DNAにして解決

菌類はある意味"老い"ない

何億年も生きてきた大腸菌の固体が存在する可能性

一方で、われわれの生殖細胞は何億年も変わらない（生殖細胞は不老？）

"老い"のメリット

・リソースの問題

人口が増えすぎると食料が枯渇する

・環境適応の問題

新環境に適応するための変化を、一世代のみで行うよりは新たな固体を産み出す過程において生じる変化を利用して、つまり多世代で行うほうが効率よい

まとめ

コピーを繰り返す細菌のなかには、ある意味"不老"の固体がいるだろう

一方で、真核生物にとって、"老い”は種全体として新たな適応に対応するための重要なメカニズムであり、必要不可欠である