HMGセミナー 第14章:メンデル遺伝形質の遺伝的マッピング(前半)

担当：寺嶋

参加者：9名
教科書：ヒトの分子遺伝学

節の概要：

＜14.1節＞組換えの種類と遺伝距離や遺伝地図との関係

＜14.2節＞遺伝的マーカーと連鎖解析について

議論点：

「組換え価に男女の差が出来るのは何故なのか」

「組換えの数が女性の方が多い生物学的意義とは」

なぜ男女差が生まれるのか

　-組換えにより男女差が生まれるメカニズム(仮説)

　　-交差をサポートするタンパク質 or RNAが存在

　　　-量の問題か、分布の問題か

　　　　-分布なら時期毎のタンパク質の分布を調べれば分かるかも

　　-性染色体上の遺伝子が操作

　　　-X:男女ともにある

　　　-Y:男性しかない

　　　　-Y染色体に交差をサポートするタンパク質またはRNAを阻害する要素

　　　　-X染色体が2倍あるので交差をサポートするタンパク質も2倍

　　　　　→X染色体のほうがよりシンプル

　　　　　　-不活性化は体細胞と分裂の段階では条件が違う可能性

　　　　　　-ただし、交差をサポートするタンパク質が全てX染色体上にあるかは疑問

この差に何の意味があるのか

　-組換えの男女差の生物学的意義

　　→偶然？

　　-交差の利点とは

　　　-大まかにバリエーションを確保するため

　　　　-微調整は点変異により行っている

　　　-バリエーションを作る方法の内ではがんになりにくい方

　　　　-点変異タンパク質が変わるので有害

　　　　-交差は交差が起こる相手による

　　　-交差が大変なら別の方法だったかもしれない

　　　-回数は生物によって違いそう

　　　　-環境が激変するほど多くなる

　　-精母細胞と卵母細胞はゲノム以外にも違いがあるのだろうか

　　　-外界からのシグナルにより組換えが起きるのかもしれない

　　-男性の場合、端の方に変異が入るように見える

　　　-テロメア等ではないか

　　　　-変異が入りにくい仕組みになっているのかもしれない

　　　-全体ではどうなっているのだろう

　　　-その方がバリエーションが増えるのかもしれない

　　-染色体の位置に性差はあるのだろうか

「個人内でも個人間でも交差数にはばらつきが見られるが、交差数を決定する要因とは何か」という議論点とも関連が深そう

その他の議論点：

＜遺伝的マーカー＞

・遺伝的マーカーは血液型から始まり、現在SNPが主に使われているが、新たな手法としては何が考えられるか

＜ホットスポット＞

・ヒトのホットスポットはチンパンジーではホットスポットではないが、他の生物についてはどうか

・ホットスポットとなる配列はどのようなものなのか

＜遺伝地図作製の方法＞

・組換え価を用いた遺伝地図作製よりも良い方法は存在するのか

＜用語の定義＞

・cMという概念の必要性とは

＜交差の数の違い＞

・個人内でも個人間でも交差数にはばらつきが見られるが、交差数を決定する要因とは何か

まとめ：

遺伝的マッピングにおける組換えや遺伝的マーカーを用いた連鎖解析に関する節でした。議論点となった組換えの男女差については、多方面に話が広がっていき勉強になりました。

HMGセミナー 第12章:ポストゲノム時代の遺伝子機能の研究(前半)

担当：寺嶋
参加者：9名
教科書：ヒトの分子遺伝学

節の概要：
＜12.1節＞現在の遺伝子機能の研究の概要
＜12.2節＞配列相同性検索、データベース検索、モチーフやドメインによる検索といったバイオインフォマティクスからのアプローチ

議論点：
「これからどの総合的な解析（オミクス）の研究が面白くなっていくのだろうか」

バイオインフォマティクス

 -オミクスのどの分野でも出来る

過去十年間はゲノムが主流だった

　→今の主流、他のに移行するのだろうか

　→ゲノムのイメージが変化している

-遺伝子は、昔はタンパク質をコードするものであったが、今はRNAも重要であることが分かっている

　　　→生存上重要性の低い部分が分かってきただけかも

　　　　→ある生物を生物足らしめるという意味での重要性が判明しているのでは

　　　　　→シス配列による調節の違いが大きいのではないか

ヒトとチンパンジーはゲノムがあまり違わないので、ゲノムだけを見て個々の生物としての決定的な違いを見つけることは難しい

RNAやタンパク質よりも、元となるゲノムを見てゲノムの意味を考えるのはどうか

無脊椎動物ではトランスクリプトームが主流

　-ゲノムが大き過ぎて大変

　　-純系を作るのが大変

　　 →ゲノムを１つに定めないと他の実験に使えない

　　　　-サンプルを用意するだけでも大変

　　 　→特定の遺伝子だけの大雑把な解析ならゲノムでも出来そう

トランスクリプトーム解析

　-発現量の解析

　　-環境が重要になってくる

　-ゲノムの代用品

医学的応用ならタンパク質、進化の研究ならゲノムというように用途が分かれそう

ヒトのトランスクリプトーム解析はよく調べられている

　-プロテオームやメタボロームの段階に進めそう

メタボローム

　-結果を先に見る逆遺伝学的な手法が主流

　-食料は代謝産物が多いので重要かもしれない

アレルギー

　-リピドームとか

　-セルコミュニケーション等が重要そう

ゲノム至上主義

　-全ての生物のゲノムを全て読んだら終わるのだろうか

　　-100年くらいあれば可能

　　　→ハードディスクが足りないかもしれない

　　　　→差分を取ったり、技術の進化で何とかなるのではないか

　　　　-圧縮

　　　　-ツリー番号

　　　　　→検索が速い

　　　　　→進化という点から見ても重要

　-20年後くらいの未来

　　-中国人全員のゲノムを読むとかありそう

　　　-オリンピック関連とか、国をあげて取り組みやすそうな要素があればあり得るかも

　　-アメリカもゲノムを読むのが主流になりそう

　　-個人の判別とかも出来るようになりそう

1000人プロジェクトは終了している

　-100万人プロジェクトも進行している

　-４かけくらいで読んでいる

　　-傾向だけを掴むならそこまで詳細には読まなくてもよい

　　　→個人であればしっかりと読む必要がある

シークエンサーの未来

　-10年で世代はどの程度進むだろうか

　　→２世代くらいは進むかもしれない

　-過去〜現在までで開発されている世代

　　-次世代：電気泳動不要

　　-第３世代：PCR不要

　　-第４世代：合成不要

　-未来の世代に求められる要素

　　-抽出しない

　　-増幅しなくても読める

　　　-DNAを伸ばしながら読む

　　-生体内で観察

　　　-ナノテクノロジーでできそう

　　　　-合成されていく様子を観察できないだろうか

その他の議論点：

＜遺伝子の機能の分類＞

・遺伝子オントロジーは曖昧な部分がある分類であるが、どこまで有効なものなのか

・遺伝子の機能の分類は３種類で十分なのだろうか

＜配列相同性検索＞

・配列は似ているが構造は似ていないものの機能予測はできるのだろうか

・遺伝子相同性検索で分からない遺伝子の機能はあるのか

＜総合的な解析（オミクス）＞

・各種の総合的な解析（オミクス）の研究結果はどの程度重ね合わせられるものだろうか

・プロテオームやトランスクリプトームでは、どこまでの部分が共通なのか

＜遺伝子の定義＞

・シス配列のように配列そのものが機能する場合には遺伝子とは呼ばないのはなぜか

まとめ：

今回の章では遺伝子の機能について扱い、前半は遺伝子機能の研究の概要とバイオインフォマティクスのアプローチについてでした。議論では、おそらくこれからもゲノムが主流であり続けるだろうという結論に至りました。

HMGセミナー 第10章 (2)

担当：小澤
参加者：15名
教科書：ヒトの分子遺伝学

節の概要：
＜10.4節＞ 進化系統樹の作成とそこから分かる事実について
＜10.5節＞ 10章のまとめ モデル生物、比較ゲノム学、進化で明らかになった点について

議論点：
「ダックスフンドの将来について」

ダックスフンドは、成熟軟骨細胞の発現により短足となっている
短足は生きるのに不利ではないのか
 - 短足であることで、狩りに有利

ダックスフンドは、自然発生とブリーディングのどちらによって生まれた種か
 - ブリーディング
 - コーギーも同様にブリーディング

短足という表現型は、劣性・優性で決まるか、それとも細胞の発現量で決まるのか
 - 劣性・優性の場合、普通の犬から一遺伝子変化から短足の犬が生じる可能性がある

短足でも、ヒトの環境では生きていけることができるので、表現型が固定された？
 - ヒトの場合でも、小人の一族が存在する


その他の議論点：
＜進化全般＞
・スプライシングと進化の関係性
・負の選択圧が進化にどの程度機能しているか

＜進化系統樹＞
・違う祖先で、相同性を持つ配列が存在するか
・新筧藤樹がかけるという仮説はどの程度成り立つのか
・進化速度が一定であるという仮説は正しいと言えるのか
・進化系統樹の形状の偏りの原因

＜ヒトの進化＞
・将来、ヒトが進化した後の姿について
・ヒトをヒトたらしめているものについて
・ネアンデルタール人とホモサピエンスは、交配していたが、本当に分岐していると言えるのか
・ヒトとチンパンジーが分岐した理由

＜その他＞
・遺伝子消失の早さの原因
・ハエにヒトの遺伝子を埋め込み、翅を生えさせたときに太った原因
・一部の生物において、ゲノムDNA量に制約を持つことのメリット
・ゾウリムシや単細胞原生動物の上限の遺伝子数が定まる理由


まとめ：
　今回の範囲は、進化系統樹とそこから分かる事実にについて取り扱いました。過去に起きた進化の要因についてやこれから起こりうる進化などの議論点が多く挙がりましたが、短足という一見不利な特徴を持つダックスフンドについて議論しました。

HMGセミナー 第10章: モデル生物、比較ゲノム学、進化 (1)

担当：寺嶋
参加者：14名
教科書：ヒトの分子遺伝学

節の概要：
＜10.1節＞単細胞生物からヒトまでの様々なモデル生物について
＜10.2節＞コード配列の純化選択による保存や正の選択による進化と、比較ゲノム解析の仕組みやブラウザ、利用方法

議論点：
「非コードRNA(ncRNA)は生存するためにはどの程度必要なのか」


タンパク質の領域は少ない
　-ゲノムの殆どはガラクタ？
　　→ゲノムは広範囲に転写されており必要なncRNAもある
　　　-全部必要なものかもしれない？
　　　-無闇に転写される？
　　　　-何かあったときのため

ncRNAはどのように機能するか
　-調節が多い
　-転写は急速にできる

「生存できる」の定義
　-最低限必要なRNA
　-何らかの働きがあるRNAということではない
　-使用の有無を問わず、勝手に転写されるRNAは含まない

染色体の数%が無くても生存は可能
　-まだまだRNAの数は削る事が出来る？

恒温動物⇔変温動物
　-恒温動物の方がエネルギー消費は大きい

未知の環境に適応する事を考える
　-環境の厳しさをレベルで表す
　　-例：レベル２で必要なRNA△△

余計なコピーも害がなければ問題が無い
　-ゲノム的には無駄
　-飢餓状態なら影響があるかも？
　　→むしろ飢餓状態の対応を忘れた方が長生きできる
　　　-例：食料が豊富な実験室のマウス
　　　-環境に適応できない事は悪いことではない

短期と長期の適応
　-短期に対する過学習はよくない

その他の議論点：
＜人工合成学＞
・人工のモデル生物はどの程度実際のモデル生物に似ているのか
・人工生命体は作れるのか
・合成生物学の特徴とは何か

＜モデル生物としてのヒト＞
・ヒトをモデル生物とする研究は今後どのようになるのか
・2020年までに個人のゲノム配列決定は日常的になるのか

＜ヒト以外のモデル生物の解析＞
・酵母で人類が知るに値する事柄とは何か
・人以外のゲノムも簡単に読める時代が来るのか
・人間の脳に近い脳を持つマウスを作ることは可能だろうか

＜正の選択＞
・正の選択が起こる理由とは何か

＜比較ゲノム解析＞
・比較ゲノム学で現在残されている問題とは何か
・保存される非コード配列で偽陽性と判断されるものを減らす方法はあるのか

＜非コード配列の探索＞
・SNP頻度からヒトの遺伝子調節配列を見つけられないか？

まとめ：
今回はモデル生物とゲノムの進化と保存、比較ゲノム解析についての節で話題が多かったので、色々な内容の議論点が集まりました。議題となった生存に必要な非コードRNAについては、様々な条件を中心に環境への適応へと議論が発展していきました。

HMGセミナー 第10章: モデル生物、比較ゲノム学、進化 (2)

担当: 田高
参加者: 14名
教科書: ヒトの分子遺伝学

節の概要:
<8.3節> 哺乳類（脊椎動物）のゲノム進化

議論点:
教科書中では性決定要因として環境的要因・遺伝的要因の2つが挙げられていたが、それぞれの特徴にはどのようなものがあるか。

・高等生物: 遺伝的要因、下等生物: 環境的要因の様なイメージ

・種による性決定要因の一例
　・は虫類: 温度　（←ほ乳類には無理では?）
　・魚類: 群れの中での相対的大きさなどいろいろ
　・ミジンコ・アブラムシ: 饑餓など環境の悪化の直前に雄をつくる（生み分け）
　　→補食される側は環境的要因?

・下等生物だと雄・雌の違いがあまり無いから状況により変化するのでは?
　・ほ乳類では性転換が起こるとするなら乳腺を作るetc等は無理?
　・定性的には?

・性転換にかかる時間はどうか?
　・セブラフィッシュでは半年くらい

・高等・下等というより集団の大きさ・個体の安定性が効くのでは?

・進化的な制約は無いのか? (倍数性etc.)

・雄へテロ・雌ヘテロではどちらが有利か?

その他の議論点:
<全ゲノム重複・ゲノム再編成>
・全ゲノム重複のあいだ、生物はどうやって生きていたか
・全ゲノム重複と表現型の変化について
・全ゲノム重複においてどんな遺伝子が消滅を免れるのか。それはなぜか
・植物では全ゲノム重複が盛んに起きているがそれはなぜか
・哺乳類のなかで多倍体は存在しないのか
・哺乳類などでゲノム再編成が起こるきっかけにはどのようなものがあるか

<染色体>
・「Y染色体の遺伝子欠失に呼応してX染色体の不活性化が促進された」とあるがそれはなぜか
・表現型とゲノムの違いが生物分類に与える影響について

・インドキョンはなぜ染色体融合が起きたのか

・染色体が消えることによる種の絶滅の可能性について（中国種のインドキョン）

・PAR1領域は雄性減数分裂時に必ず交差が起こる部位であるが、その必然性について

<性決定機構>

・メダカ等同じ種類の生物の中でも異なる性決定機構をもつような生物がいるがそのメリットについて

HMGセミナー 第8章：遺伝子とゲノムの構造および発現を解析する (2)

担当: 小澤

参加者: 13名

教科書: ヒトの分子遺伝学

節の概要:

<8.4節>  ハイブリダイゼーションや抗体などを利用した遺伝子発現の基本的解析について

<8.5節>  トランスクリプトミクスやプロテオミクスといった遺伝子の大量解析について

議論点:

タンパク質検知のための技術について

・塩基発現解析にはシーケンサー技術があるのに対して、タンパク質解析には存在しない

・アミノ酸は相補鎖を作らない上、数が多い

・タンパク質を変性剤により鎖状にして解析すればできそう

　- 翻訳後修飾がバラバラになりそう

・X線やNMRといったタンパク質の構造解析

　- 計算機による演算の後、人による予測を行っている

   - 遺伝子密度から自動で構造予測をする技術があれば、

・X線は遺伝子密度を調べる

  - His-tagによる結晶生成がうまくいけば精度が上がる

・結晶解析は等方性に比べ、異方性が難しい

　- タンパク質は等方性が珍しく、異方性に対する技術が進められている

・アミノ酸20種分の標識を利用する

　- 単一のタンパク質にしか扱えない

   - 抗体を利用した技術が開発されている

その他の議論点:

<全般>

・発現マップング法の解像度と解析量を共に高める方法

・トランスクリプトームとプロテオミクスの結果の違い

<トランスクリプトーム>

・マイクロアレイを用いた発現データの解析手法の使い分けについて

・ハイブリダイゼーションのプローブの設計指針

<プロテオミクス>

・タンパク質発現解析手法の使い分けについて

・抗体を不死化することによって生じる問題点

・抗体を安価で利用する方法

・GAP以外の蛍光標識について

・質量分析の結果が生体内とどの程度一致するか

<その他>

・PCRを利用した転写産物検出よりもハイブリダイゼーションが多く用いられている理由

・個人のゲノム解析の展望

まとめ:

タンパク質解析に対する議論となりました。

アイデアは幾つか挙げられましたが、現時点では技術的に難しそうです。

大量解析に必要不可欠な技術なので、今後の展望が気になるところです。

HMGセミナー 第8章：遺伝子とゲノムの構造および発現を解析する（１）

担当：寺嶋友美
参加者：１６名
教科書：ヒトの分子遺伝学

節の概要：
＜8.1節＞ DNAライブラリーやcDNAライブラリーの作製法、スクリーニング法、増幅の際の問題点について
＜8.2節＞酵素法から第三世代シークエンサーに至るまでの DNA塩基配列決定の様々な方法とDNAキャプチャーによる再配列決定について

語句：

かけ…ゲノムを読む回数。

SD…ある集団（ここではPCRにより増幅されたゲノム）の濃淡の分布。対数正規分布の標準偏差。

議論点：

「DNAのシークエンシングのエラーを検出する方法について」

・シークエンサーの問題点

　ー正確な部分と怪しい部分がある

　　ー原因：体細胞変異、シークエンシングの時の誤り

・２つのシークエンサーで結果が違う場合

　ーメーカーによって正確性は違う

　ー何らかの方法で正確性を比べたい

　　ー信頼度はある？

　　　ー蛍光を使う方法なら各塩基を検出した時の光の強度

　　　ーQスコア

　　　　ー間違える確率

　　　　ーQスコアの信頼度は手法毎に違う？

　　　　　ー初代と次世代だと初代の方がQスコアの信頼度は高い

　　　　ー足切りに使う

・パックバイオ

　ー１分子毎、大量に配列を読む、エラーが多い

　ー20%くらい間違う

　ーSMRTと同じ技術を使用

・SNPの場合

　ー30かけくらいでも正確

　ーSDが大きいと正確な部分と怪しい部分のばらつきが大きくなる

　　ーSDを小さくできる？

　　　ー技術的には可能性がある

・PCRによる問題

　ー次世代シークエンサー

　　ーブリッジRCR

　　　ー基盤上で増幅して画像から読む

　ー第三世代のシークエンサー

　　ーPCRをしないPCRフリー

　　　ーPCRによる問題がなくなる

　→１分子の大量並列DNA塩基配列決定法が出てくればいい

　　ー１分子はエラーが多い

　　　ー今のところ何度も読むか、他のシークエンサーで補うしかない

　→PCRで複製がうまくいかなかった部分だけをもう一度PCRで増幅するプログラムがあればいい

その他の議論点：

＜DNAライブラリー＞

・大きなDNAを複製する場合には、PCRよりも細胞の方が優れているが、それはなぜか

・DNAライブラリーを増幅する際に起きうる、オリジナルな構成の破壊への対策について

・分与されたDNAライブラリーは同じ物だろうか

・DNAライブラリーに寿命はあるのか

＜塩基配列決定法＞

・蛍光による塩基配列決定法はどの程度正確なのか

・初代のシークエンサーの方法（酵素法）では大量に配列を決定する事は出来ないのか

・ジデオキシ法では、伸長を確率により制御するため配列の偏りがありそうだが、それをどう解決しているのか

・大量並列DNA塩基配列決定において、リード長と総配列情報量ではどちらがより重要なのだろうか

・１分子による大量並列DNA塩基配列決定において、反復配列等を読む事で異常なデータがとれるといった不具合は生じないのか

・シークエンシングはどこまで省略可能なのだろうか

＜シークエンサー＞

・SMRTとナノポアではどちらが主流となるだろうか

・現在研究されている他のシークエンサーについて

・表8.1でまだ出来ていないシークエンサー(Pacific Biosciences)が普及したらどうなるのか

・メイド・イン・ジャパンの世界一のシークエンサーは作れないのか

まとめ：

塩基配列決定法、その中でもシークエンサーに関する議論点が多く出ました。今までのシークエンサーの問題点をはっきりとさせた事で、第三世代での正確性を実現するための具体的な案が集まったように思います。