『細胞内・細胞間の遺伝子ネットワークを理解する』上田 泰己（理化学研究所）
細胞機能を再構成・設計する
- 20世紀最大の発明
- CPU
- Cell
時間の分子生物学
- 不可逆性
- 反復性
不可逆性
単純から複雑への時間の矢
- 記憶・学習・気分
反復
体内時計
- 中枢時計と末梢時計
- ルシフェラーゼな動画
- 同調と細胞間相互作用
体内時計の３つの性質
- 振動
- リセット
- 温度補償性
cdbに上がってるムービー
cdbの考えるシステム生物学
- 同定
- 解析
- 制御
- 設計
細胞の中の時計
- 時計関連遺伝子の同定
- 遺伝子ネットワーク// activator, repressor計20
- 朝昼晩３つのスイッチ
非連続でなく連続なのは?
- 組み合わせ
- 人工的な部分で検証できるか?
- ほ乳類培養細胞内に、promotor, activator, repressor
- 昼、夜の転写出力の設計
- 様々な転写出力の設計
- 再構成実験の結果、連続は作れるだろうとわかった。
- まだ朝が作れない
一日48時間にする
- 朝のrepressorの遺伝子?
- 温度は?
- 温度補償性のある酵素だった
細胞集団としての時計
シンギュラリティ
- 夜中に光を当てると時計が止まる!?
- 進化的な保存
- 停止、脱同調
- 実験的な難しさ
操ればいいのでは?
- 時計細胞に光り受容タンパクを
- 試験管の中で時計を止めて、再び動かすことに成功(ただしばらけてる)
- 心臓が止まるときと似ている
- movie
組織としての細胞
- 相互作用の数理モデル
- 再構成でこれを解き明かしたい
- ヘプチドを発現させて、位相制御
『先端計測分析機器で探るゲノムの働き方：定量オーミクスへの挑戦』伊藤 隆司（東京大学）
central dogma;
- genome, transcript, protein, metabolite
- epigenome
- 肝臓と心臓では、ベンチ入りしてるメンバーが違う
- 下がダイナミック(ぇ?)
計測機器
- シーケンサー、chip, MS
GATAC-PCR
ゲノムDNAシグナルによるcDNAシグナルの補正
定量性を上げることで分かったこと
- 直線性
- 細胞内にあるmRNAのコピー数
転写容量(転写されて出来るRNAの総量)を縮減
- 9割落としても死なない!
- ncRNAの転写の落ち方が大きい!
TATAboxのあるものが弱い
なんか突っ込んで、転写してくれる? (枯草菌に納豆菌のゲノム突っ込んだ奴の転写はこんな素直に行かんかった記憶が...)
- してくれる...!
- CVIから株の分与を受ける
ゲノムは転写されてしまうものか
転写ノイズは、むだかどうか
- BSC4
計測の重要性
meta genome 解析
-
- 既にいろんな環境が読まれている
- 常在菌叢
- 腸内細菌の研究方法
- 嫌気培養
- 16s rRNA による系統解析、
- 菌種はわかってそそれ以上が分からない、もしくは、培養によるバイアス
腸内細菌に多い遺伝子群
- 意外と機能が分かっているものが多い
個人差
- 大きい! 夫婦、親子間の類似性はない
双子の場合は?
- 腸内細菌叢の16s解析; 一卵性でも結構違う
新規遺伝子
- 162.8k
future plan
PROBIOTICS なメタゲ
454 の定量性の問題
- 新method開発
- 向上した
腸内細菌叢、環境との相互作用
- omicsの各レイヤーに対するmeta解析
QA
『土壌での微生物の生きざまをゲノムから見る』津田 雅孝（東北大学）
微生物と生物現象
炭素循環模式図
環境汚染物質
bioremediation
- 下水処理
- 汚水処理
- 棲息細菌をそのまま利用
- 栄養素を注入
バイオスティミレーションが有効なのはなぜ?
- 単離菌の強い分解活性が生きてない
- 予想外の菌株が主役になってたりする
- 協調?
- 難培養菌
環境修復
- 細菌の土壌での状態をゲノムレベルで調べる
- expression factor detection
- meta genome analysis
B.multivorans
- chr1-3
- genome assemblied
リグニンモノマー化合物分解
- chr1, chr2にあるっぽい
- モノマーにするのは真菌が
expression comparison across the environment
- lab vs field
- genetic method
specially expressed gene on field 386? 116?
LacZ 活性が違う
116 geneのmis機能分類
- 異化、取り込み
- 亀の子を壊す奴が結構いっぱい発現してる
- 適応
- 表面
- unknown
- sence/antisense
chr２にいっぱい有る
土壌抽出液によるmis誘導
- 何で誘導されるの?
questions
- 他の土壌でも誘導されるか
- なぜ誘導されるか
- 発現誘導はどの細胞でも?
- single cell analysis
signature tagged mutagenesis
STMによるスクリーニング
- 5つぐらいは残った
- hrpa, tig, sun, fur // こいつらへの転写制御
wild typeとの競合
- 滅菌と非滅菌で生存率に差
生態系における環境細菌ゲノム情報発現
- ヘテロな系をあつかっている
- 再現性が難しい
flow
- 環境で見てない
今まで主に解析されてきた細菌
- 完全分解できないのは検討されてない
- 協調分解も
- 難培養
- 経時的メタゲ
protocol
汚染物質の残存量(gc-ms)
配列解読
- GAIIx, pair end
- assemble
経時的菌叢解析
- 変動は見て取れる
- unknownはこれから
アセンブルは出来ない
- short read だから
代謝経路
- やっぱり協調分解してる?
keggに張ってみた
- 非汚染
環境パラメータ変動 vs 遺伝子の量質的影響
機能発揮可能な遺伝子の発現変動
QA
- 協調の可能性
- 他の研究ではみてる、分かってない部分が多すぎて、...
- 他のメタゲと配列の掃除性があるのか
- 他のメタゲとはまだ見てない、けど、タイムコースが有るから。
- 土壌の連続性ってどう扱う?
- ポットに移してる
『麹菌のゲノム情報を活用した有用タンパク質の高生産』五味 勝也（東北大学）
麹菌ゲノム研究の重要性
- 発酵
- 有用酵素生産
- 組み替えによる有用タンパク生産宿主
- 毒性のある近縁種との比較も有用性が
a.oryzae genome
- 30% more
- many metabolic gene
overview of response-transcribe-translation
- 液体培養から固体培養に切り替え
- 酵素生産に関する転写印紙
ライブラリーの作成と関与転写因子の探索
- KO(KD)とoverexpression
転写因子
- 経路得意的転写因子
- Zn2Cys6 350
でんぷん分解酵素生産制御パスウェイ
- パスウェイの穴をいっぱい埋めた
- サブパスウェイも使ってるようだ!
高生産株のスクリーニング
XInR高発現によりupreglatedな酵素
糸状菌における異種タンパク質生産虜の改善戦略
- 収量を落とす要因
プロテアーゼ多重破壊株による、ウシキモシンの分泌生産
麹菌のプロテアーゼ
- プロテアーゼの系統樹に現れるタンパクが、近縁種に比べて麹菌は2倍ある!
PrtR破壊株のアレイによる発現解析
- 二重破壊株の固体培養によるリパーゼ生産
- 導入する個数を増やしてやると、さらに増えた
QA
マイナーなのも読むし、重要なのは菌株を増やして行く、メタゲノム
菌種多様性
- 株の違いと性状の違い
腸管出血性大腸菌
-
- 志賀毒素
- さらに合併症を
o157とK12の比較ゲノム
- 病原性関連遺伝子は、ファージ、プロファージ上にある、移動しかねない
外来性病原遺伝子の獲得による進化
エフェクター
- 宿主細胞に産生物質を打ち込む!
- 40種位!
whole genome PCR scanning
- 0157と境株の比較
- ファージのところは、すごく変異が大きい
- 他のミューテーションは?
- トランスポゾンが入ったり出たり、に由来と推測
ファージの近傍に、ISが多い
応用!
黒色のトランスポゾン(ISxxx)は、挿入箇所のバリアントが多い。
toyoboさんからのキット
他のEHECとの比較
- 症例数
ファージによる平行進化
- ファージがエフェクターを運んでいる
- lee領域で複雑性
- プラスミドの上には同じような遺伝子が乗っているのだけど、配列が全然似ていない!
進化系統樹
平行進化!
血清の型
- 患者から得られた血清が結構違う
QA
-
-
- 牛では病原性がない。直腸付近に要る
- 平行進化の理由は分からない
- クロストークは
- 転写因子も入ってきてる。
- ファージに取ってはメリットが有るのか＞ファージがインジェクタ、病原遺伝子持ってる
- ファージにとっては単なるアクセサリで、インジェクタが付いてても普通にファージとして働いている。進化的なメリットは分からない。
『メダカの研究から発生、進化、病気のメカニズムを理解する』武田 洋幸（東京大学）
硬骨魚類の系統関係
- ゼブラフィッシュ、メダカ、トラフグ
- フグのsequencing はトラフグが最初、けど、実験には小型魚類
小型魚類の実験系
- 脊椎動物
- ヒトと同じ基本体制
- 小型で飼育しやすい
- 世代が短い
- 多産で解析しやすい
- 母体外で発生、胚が透明
日本人とメダカ
これまでにメダカでなされた研究
- 退職の系統、性決定様式
- ホルモンによる性転換
- 近交系
メダカゲノム
- 進化の道筋
ミュータントの研究
- 変異体->原因遺伝子->メカニズムの解明
- 80%同じ遺伝子
- 作ることも、天然の変異体も可能
内蔵逆胃
- 成熟するとハラがでかい
- 多発性嚢胞腎
- 水槽で浮かんでくるので、原因遺伝子を觔斗雲(ktu)と名付けた
腎臓
- 管の中に毛が有って、尿をコントロール
- 増殖もかわる
- 左右軸も、毛が生えて流れを制御して
鞭毛、繊毛の構造
- 毛に関するダイニンの構造がおかしい
genomic
- chr22, に点突然変異が
- ミドリムシあたりからずっと高度に保存
- 高度に保存されている遺伝子は、ヒトの病気に関わることが多い
ヒト繊毛病
- ドイツの専門医と、その家系について調査
- 2家系で変異体が
- ノドの繊毛も動かない
モデル生物でも確認
- クラミドモナス
- マウス
透明な系統を作って発生過程を観察中
脊椎動物の背腹パターン
個体のパターンはいまいち...
- 胚のなかは分かってる
Da変異体の体幹部のパターン
- 名古屋の田んぼで拾ってきた
- 見た目が、上下対称になってる!
先行研究
- 原因領域は絞り込まれていた
- zic1, zic4の二つの遺伝子
- 転写因子?
- orf は性状
トランスポゾン!
- 発現パターンがおかしい
- トランスポゾンのインサート
- 神経は正常にできるけど、発現する筈なのに出来ない
体節を移植してみた
- 正常に発生した!
conclusion
- 背腹情報は一度、腹側に集約される
- zic KDは発生途中で死んでしまうので、そのあたりは分からなかった
生態的ニッチと体系
- 生息域と体型
- zip下流の遺伝子と形態!?
- 発現パターンは背側で保存
- zic4によって変異がレスキューされる
QA
-
- 腎臓はヒトとほ乳類でだいぶ違う、ヒトは血圧で尿をつくるから。マウスが小さいのは、脳髄にも繊毛が有って、いろいろなところの繊毛がおかしいせいだと思われる。
- ダイニンは細胞内の移動に関わるけど、細胞には問題は?
- 軸ダイニン特異的っぽい。わからないけど、そうっぽい。
- 変異体はどれ位あるの?
- いや、そんなにw ただし、いろんなヒトが見つけてくれる。金魚は4倍体だからw
『立襟鞭毛虫のゲノム情報から動物の多細胞化を探る』岩部 直之（京都大学）
『マウス亜種間ゲノム分化を利用した複合形質の遺伝解剖』城石 俊彦（国立遺伝学研究所）
マウス亜種の地理的分布
- マウスと栽培小麦は、三日月地帯から分布したと考えられてる
- 日本の野生マウスは、ハイブリッドらしい
亜種分化と純系の樹立
- C57BL/6JとMSM/Ms
MSM/Ms
- F90!
- MSM/Ms系統のwhole genome
- SNP detection
- coverrage 99%
result
- 11M SNP
- 131 genes in non-sense mutation in MSM CDS
- 健康に死んでいる遺伝子が5%ほどある!
機能解析
- 形態分化が顕著
- 表現系の違い <-> ゲノム多型
- constmic strain
コンソミック系統
- 染色体を別の系統に置換、それをごそっとやる
- F10ぐらいで違う染色体のホモに
- 完成した
何が出来るか
- 遺伝学、遺伝学的解剖、遺伝的要素を分解する
体の大きさ、量的形質の遺伝解剖
- ワイルドタイプの標本を見比べると....
- 東アジアのマウスが小さい
- 野生由来マウス系統の体重
result
- 体重の増加曲線
- 染色体が一本かわるだけで、半分近くまで行く
- 3, 4, 2abで効果が150%まで言ってしまう!
- パン用小麦、麺用小麦の分布に似ている?
- 体重差を規定する主要遺伝子が、chr2, 3, 4にある...?
加齢、環境要因を考慮した表現系解析
-
- 加齢依存性の脂肪蓄積の遺伝解剖
- 10週はよく似ている
- 25週になるとだいぶ違う
高脂肪食の影響
対糖能、インシュリン濃度
- 血糖が下がらないコンソミックも
原因遺伝子を探索してみた
- LOD値がすごく高い
遺伝的相互作用
- どちらの系統の計測値から大きく外れるケースが見られる!
- 思ったより、相互作用は多い!
- 複合形質!
- GWASだけでは足りない!!!
close
- 表現系DB
- phenomap
QA
- ヒトのエピスタシスは大事そう。死んでる遺伝子のうちに、嗅覚の遺伝子は?
- ちょっと出てこない
- 寒いところに居るもの、という話とは?
- 体の大きさより、東西の大きさの差の方がずっと大きい
-
- 拡散した時点で、遺伝的な分化は既に起こっていたのではw
- mutation rate, この数字はどれ位の大きさ
- かなり早い
- B6 水頭症が多いときくけど、三島は?
- ない。コンソミックに関してもデータはない
