病気に関係する遺伝子の探索 これからのバイオと医療を支えるバイオサイエンス・テクノロジー ～将来かかりやすい病気がわかるって本当？～

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1 病気に関係する遺伝子の探索 これからのバイオと医療を支えるバイオサイエンス・テクノロジー ～将来かかりやすい病気がわかるって本当？～
Hiroshi Uehara Ph.D. Nagahama Institute of Bio-Science and Technology

2 “ゲノム”、“遺伝子”という言葉を、テレビ、新聞、ニュース等でよく聞くと思います。
長寿遺伝子　発見!? パンダのゲノム解読 サラブレッドのゲノム解読

3 ゲ ノ ム を 解 読 し て わ か る こ と 本題に入る前に パンダのゲノムを解読してわかったこと

4 ゲノム解読された動物との比較では、イヌに最も近く 約８０％が一致。ヒトとは約６８％が一致。
ジャイアントパンダのゲノムを解読。（2008年10月11日） パンダは中国語で「大熊猫」 da xiong mao しかし、 ゲノム解読された動物との比較では、イヌに最も近く 約８０％が一致。ヒトとは約６８％が一致。

5 ジャイアントパンダのゲノムを解読。（2008年10月11日）
注）熊のゲノムは解読されていないので比較出来ない。 da xiong mao da xiong quan パンダ　「大熊猫」 → 「大熊犬」 パンダが肉を食べない理由は、うま味を感じる「T1R1」遺伝子が機能を 失ったことによる可能性が高い。味覚が変化し、手に入れやすい笹を主食に 変えた? 植物繊維のセルロースを分解する酵素の遺伝子はなかった。笹の消化は、 腸内の微生物の働きで行うと考えられる。 taste receptor　 実験ではなく、ゲノムをコンピュータで解析することによって得られる知見です。（生物研究コンピュータ時代の一例）

6 21世紀科学の重要な成果の一つであるゲノム情報は人類共通の財産で、高校生の皆さんもインターネットを介して利用可能です。
ゲ ノ ム 情 報 は 人 類 共 通 の 財 産 21世紀科学の重要な成果の一つであるゲノム情報は人類共通の財産で、高校生の皆さんもインターネットを介して利用可能です。 　 まずは ゲノムの簡単な説明から、

7 ６０兆個の細胞 ゲノムとは、ひとつの生物がもつ遺伝情報全体のことです。ゲノムの情報からタンパク質がつくられます。
22種類の常染色体と　X,Yの性染色体 DNA（デオキシリボヌクレオチド）は、ヌクレオチドという分子が２本のらせん状に繋がってできた、とても長い分子です。 このヌクレオチドを構成する部品の一つである塩基には、A,T,G,C であらわされる４つの種類があります。 このヌクレオチドの並びが、遺伝情報と呼ばれるものの正体です。 アミノ酸 （※ヒトゲノムマップ　

8 塩基 水素結合 糖 – リン酸 骨格 塩基 塩基 糖 リン酸

9 フェニルアラニン ロイシン ロイシン スレオニン

10 生命の設計図であるゲノムは、 ATGCの４塩基の長い連なりよりな ります。
ゲノムとは、ひとつの生物がもつ遺伝情報全体のことです。ゲノムの情報からタンパク質がつくられます。 ６０兆個の細胞 22種類の常染色体と　X,Yの性染色体 生命の設計図であるゲノムは、 ATGCの４塩基の長い連なりよりな ります。 Thr　スレオニン ヒトゲノムではその塩基の総数は 30億を超えています。 ゲノム情報は人類共通の財産で 、誰でも利用できます。 DNAは、ヌクレオチドという分子が２本のらせん状に繋がってできた、とても長い分子です。 このヌクレオチドを構成する部品の一つである塩基には、A,T,G,C であらわされる４つの種類があります。 このヌクレオチドの並びが、遺伝情報と呼ばれるものの正体です。 アミノ酸 （※ヒトゲノムマップ　

11 小泉首相へのヒトゲノム解読の完了報告 平成15年4月14日 　　　提供：理化学研究所

12 ① 約 5年分 ② 約 15年分 ③ 約 25年分 質 問 ヒトゲノムの文字数は新聞の朝刊に印字すると何年分？
質　問 ヒトゲノムの文字数は新聞の朝刊に印字すると何年分？ ※ 新聞1ページは約10,000文字 　①　約 　5年分 　②　約 15年分 　③　約 25年分

13 質　問 ヒトゲノムの文字数は新聞の朝刊に印字すると何年分？ 　①　約 　5年分 　②　約 15年分 　③　約 25年分　←

14 小泉首相へのヒトゲノム解読の完了報告 平成15年4月14日 　　　提供：理化学研究所

15 ヒトはどれ位の長さの ＤＮＡ を 持っているの？
（※ヒトゲノムマップ　

16 ヒトはどれ位の長さのＤＮＡを 持っているの？
１個の細胞の核の中にある染色体をひも解いて伸ばしてみると、ＤＮＡの長さは約２ｍといわれている。 人間の身体は約60兆個の細胞から出来ている。 ２ｍ×60兆＝120兆ｍ

17 120兆メートル ってどれくらいの長さ？ （ヒトのDNAの長さ）
①日本10周 ②世界10周 ③地球から月までを10往復 ④地球から冥王星までを10往復

18 120兆メートル ってどれくらいの長さ？ ③地球から月までを10往復 ④地球から冥王星までを10往復

19 120兆メートル ってどれくらいの長さ？ 　正解 ④地球から冥王星までを10往復

20 120兆メートル ってどれくらいの長さ？ 4.3 兆 メートル 5.8 兆 メートル 地球から冥王星までを１０往復 以上
地球から海王星までを１３往復半 以上 5.8 兆 メートル 地球から冥王星までを１０往復 以上

21 近い将来、皆さんは、 膨大なゲノムの情報や 遺伝子の情報を 活用することになるでしょう。 今日は、その一端をご紹介します。
近い将来、皆さんは、 膨大なゲノムの情報や 遺伝子の情報を 活用することになるでしょう。 今日は、その一端をご紹介します。　

22 個人のゲノム解読 昔 数千億円 今 数百万円 近未来 数十万円 大量情報が、簡単に保存 持ち運び出来る時代
ヒトゲノムの文字数（３Ｇ）は新聞の朝刊に印字すると約25年分 （2人分のゲノム収録可能） 個人のゲノム解読 　　昔　　数千億円 　　今　　数百万円 近未来　数十万円 iPad 64G （20人分のゲノム収録可能）

23 個 人 ゲ ノ ム 解 析 ガンで他界した米アップルの
個　人　ゲ　ノ　ム　解　析 　ガンで他界した米アップルの スティーブ・ジョブズ前ＣＥＯは生前、10万ドルかけてゲノム解析を受けたことが死後に出た自伝で明らかにされた。

24 アメリカのお金持ちは、 自分のゲノムを読んでいる!?

25 総資産　１ 兆 ２１００ 億円 ●個人資産　1兆1,534億円 ●ドーパミン（dopamine）は、神経伝達物質の一種なんだよ。ＤＮＡによって、脳内にあるドーパミンのレセプター（受容体）のタイプが異なっていて、これが好奇心などの性格に影響しているんだ。ドーパミン・ハイのタイプの人は、「当たり前のこと、日常的なもの」にスグ飽きてしまって、「変わったこと、新しいもの」を求める傾向が強いんだ。転職が好き、引越しが好き、恋人を変えるのも好き。ケータイはいつも最新機種で「この機能（ワザ）知ってる？」なんて自慢をするのですぐ分かります。 ノーマルなドーパミン・ローの人から。このタイプの人は、あえて冒険を犯すより安定を好む人。よく慣れたパターン化された行動が好きで、物静か。いわゆる落ち着いた人だね。何かを決断する時に、ともかく理由を欲しがるというクセがあるんだ。慎重な人だね。徳川家康タイプともいえるかも。ドーパミン・ハイの人が、理由もなく勘で重要な決断をすることに我慢ができない反面、勘で成功した人をものすごくうらやましく思ったりします。 また、このタイプに人は興味のあることに“静かに燃える”パターンが多く、コレクションを集めるのが好きだったり、ゲームでもＲＰＧやシミュレーションをするのが好きだったりするんだ。普段はおとなしくて口数は少なかったりするけれど、自分の得意分野に関しては饒舌だったりするよ。職業としては、研究職やプログラマーなどに向いているんだ。転職をするのも慎重によく考えてする人が多いかな。生涯をかけて何かを成し遂げる人はこのタイプが多いんだよ。

26 「幸運だった。」 パーキンソン病 ４大症状 ●手・足・体全体がふるえる ●手・足が動かしにくくなる ●表情が乏しくなる
パーキンソン病　４大症状 ●手・足・体全体がふるえる ●手・足が動かしにくくなる ●表情が乏しくなる ●前かがみになり、軽く背中を 押されるだけで転ぶ 中脳の神経細胞が変性・脱落しドパミンが枯渇することによって運動制御に破綻をきたすことに起因するが、神経変性の機構は不明。 I（イソロイシン） 2020 T（スレオニン） の１アミノ酸変異を有する。 「幸運だった。」

27 パーキンソン病は「ドーパミン」をつくる中脳にある黒質という脳組織がどんどん死んで行く病気です。神経伝達物質である「ドーパミン」が不足すると、手や足に麻痺や痙攣が起こり、次第に命を脅かすようになる難病です。映画「バック・トゥ・ザ・フューチャー」のマイケル・Ｊ・フォックス、ボクシングの元ヘビー級チャンピオンのモハメド・アリは若いころから手や足の痙攣や麻痺に苦しんできました。　　　　 （高エネルギー加速器研究機構　ホームページより引用）

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29 実際に見てみましょう 検索サイトで 「遺伝子百科」を検索 　Jabionー日本語バイオポータルサイト 　遺伝子百科

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32 １２番染色体 アポトーシス（細胞死）抑制に必要な機能を持つ。（細胞保護機能を持つ） アミノ酸配列 ＤＮＡ酸配列
健常型LRRK2 は酸化ストレス誘導アポトーシスを抑制し細胞保護機能を示したが、 変異LRRK2 ではその機能が低下していた。 　LRRK2 変異によるパーキンソン病の発症機構として、アポトーシス抑制に必要な 機能分子が分解され不足をきたすことが示唆された。 アミノ酸配列 ＤＮＡ酸配列 アポトーシス（細胞死）抑制に必要な機能を持つ。（細胞保護機能を持つ）

33 病気に関係する遺伝子の探索 どの遺伝子も、通常はヒトにとって 重要な働きをしています。
　重要な働きをしています。 遺伝子配列の一部に突然変異が起こることで、その遺伝子の生産するタンパク質の機能が変化や欠損を起こし、その結果として病気を引き起こす確率が高くなることがあります。

34 １２番染色体 アポトーシス（細胞死）抑制に必要な機能を持つ。（細胞保護機能を持つ） アミノ酸配列 ＤＮＡ酸配列
健常型LRRK2 は酸化ストレス誘導アポトーシスを抑制し細胞保護機能を示したが、 変異LRRK2 ではその機能が低下していた。 　LRRK2 変異によるパーキンソン病の発症機構として、アポトーシス抑制に必要な 機能分子が分解され不足をきたすことが示唆された。 アミノ酸配列 ＤＮＡ酸配列 アポトーシス（細胞死）抑制に必要な機能を持つ。（細胞保護機能を持つ）

35 アミノ酸配列

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37 変異情報の見方 LRRK2, ILE 2020 THR イソロイシン スレオニン LRRK2遺伝子，
2020番目の　イソロイシン　が　スレオニン　に変異していると　この病気を発症する可能性が高い。

38 正常な人は i （イソロイシン）、 パーキンソン病になる人は ｔ（スレオニン）であることが多い。

39 GAT　ATC（I）　ACT、ACA（Ｔ）

40 aｔｔ が acｔ に変異している場合 GAT　ATC（I）　ACT、ACA（Ｔ）

41 正常な人は i （イソロイシン）、 パーキンソン病になる人は ｔ（スレオニン）であることが多い。
aｔｔ が acｔ に変異している場合 フェニルアラニン ロイシン 正常な人は　i （イソロイシン）、　パーキンソン病になる人は ｔ（スレオニン）であることが多い。

42 別の病気の例　 （慶応義塾病院での遺伝子検査の例）

43 BRCA1遺伝子とBRCA2遺伝子のどちらかに遺伝子変異があると 乳がん や 卵巣がん にかかるリスクが高い

44 病気を発症した後の、 薬選びについても、ゲ ノムの解読が役立つ
予防医学的な観点からだけでなく、 病気を発症した後の、 薬選びについても、ゲ ノムの解読が役立つ

45 テｰラｰメイド・オｰダメイド医療

46 テーラーメード医療 （どの薬を投与したら良いかを事前に調べる）
薬 A 薬 B 薬 C 薬D

47 ゲノムを解読すると、どの薬が自分に一番効くか わかる場合もあります。
C D ※ 引用：産経新聞　2012年2月1日

48 3,200,000,000,000 塩基 このような大量情報を扱える人材が 圧倒的に不足している。チャンス！
1000人分のヒトゲノム配列では新聞の25,000年分 　　3,200,000,000,000 塩基 ３兆２０００億　塩基 このような大量情報を扱える人材が 圧倒的に不足している。チャンス！

49 ２万５千人のガン患者のゲノム配列を解読する国際プロジェクトが進行中。 （62万5千年分の新聞量）
２万５千人のガン患者のゲノム配列を解読する国際プロジェクトが進行中。　（62万5千年分の新聞量） コンピュータを用いた解析が必須 肝臓癌 （日本）

50 　ゲノム配列に起因して発症をする病気は、遺伝子やゲノム配列上の多様性の一環として理解すべきであることを伝えるための、先導的な行動とも考えられる。
　全地球レベルでの生物の多様性が重要なように、ヒトのゲノム配列の多様性も重要と考えられるようになっている。

51 日本の企業でも、 個人ゲノム解読が始まった
タカラバイオ株式会社は、次世代シーケンサーを 用いて、ヒト全ゲノムを対象としたシーケンス解析 サービスを、2011年６月１日より開始。 ヒト全ゲノム解析 　●費用は、１７０万円（税別）～　 　●納期は、サンプルの前処理等を含めて約３カ月　　　　　　　 ※当該解析サービスで、年間１億円の売上を目指す。 　　　　　　2011/05/24

52 Whole Human Genome Sequencing & Analysis Service
米国 Complete Genomics 社 Whole Human Genome Sequencing & Analysis Service ヒト全ゲノムを対象としたシーケンス解析サービス 費用： 5,000 $ （約40万円）

53 1000ドル（約８万円）で解析できる次世代シーケンサー（遺伝子解析装置）が年内にも登場。
個　人　ゲ　ノ　ム　解　析 1000ドル（約８万円）で解析できる次世代シーケンサー（遺伝子解析装置）が年内にも登場。 ●ライフテクノロジーズの次世代シーケンサーは、マイクロ（100万分の１）メートルサイズの穴を１億個以上あけた縦3.5センチ、横３センチのチップを使用。この穴にＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を複製する材料を流し込み、塩基が反応して生じる水素イオンを、１つ１つの穴に取り付けたセンサーで読み取る。 　年内に発売するチップの穴（センサー）は１億6500万個だが、年明けにも発売するチップは６億6000万個。膨大な数のＤＮＡを同時並行で処理することで、大幅な時間短縮やコスト削減が可能になった。 米ライフテクノロジーズが年内に発売する次世代シーケンサー「イオン・プロトン」 （引用：日経産業新聞　2012年5月23日）

54 個 人 ゲ ノ ム 解 析 近い将来、自分のゲノムを読むか否かの選択をしなければならない場面に、直面することがあるかもしれません。
個　人　ゲ　ノ　ム　解　析　 　近い将来、自分のゲノムを読むか否かの選択をしなければならない場面に、直面することがあるかもしれません。 　皆さん自身で、よく考えてみてください。 　次回以降の実習で、ゲノム検査がどのように行われるのかを、皆さんと一緒に学んで行きます。