病気に関係する遺伝子の探索 ～ヒトゲノムの多様性について考える～

Presentation on theme: "病気に関係する遺伝子の探索 ～ヒトゲノムの多様性について考える～"— Presentation transcript:

1 病気に関係する遺伝子の探索 ～ヒトゲノムの多様性について考える～
２０１３年度　総合華頂探求（生命情報科学実習） 華頂女子中学高等学校 医療・理系進学コース ２年 ○○○○、○○○○、 ●これから、私たちが、華頂総合探究の時間に、これまで取り組んできました、「病気に関係する遺伝子の探索」について、発表を行います。

2 発 　表　 内　 容 1. ゲノム、遺伝子について 2. 病気に関係する遺伝子の探索 ・乳がんに関係する遺伝子 ・（皆さんの調べられたものを追加して下さい） ・ ・鎌状赤血球貧血症に関係する遺伝子 3. ゲノムの多様性に関する考察 ●本日の発表内容は、この通り 　はじめに少し、ゲノムや遺伝子について、概要を説明して、 　その後に、私たちが関心のある病気に関係する遺伝子と、その変異情報について、調べた内容を発表します。 　　最後に、この遺伝子探索の取り組みを通して、ヒトゲノムの多様性について学んだことを発表します。

3 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 ●私たち、ヒトの体は、約 60 兆個 の細胞からできています。 ●その1個1個の細胞の中に“核（かく）”があり、その核（かく）の中に、染色体があります。 ●その染色体を ひもといていくと、２重らせん構造をした、ＤＮＡの塩基配列の情報が つまっています。 アミノ酸 （※ヒトゲノムマップ　

4 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。 ヒトゲノムではその塩基の総数は 30億を超えています。 　また、ヒトの場合、約２万の遺伝子があります。 ゲノム情報は人類共通の財産で 、高校生でも利用できます。 ●生命の設計図とも言われるゲノムは、ATGCの４塩基の長い連なりよりなります。 ●ヒトゲノムではその塩基の総数は30億を超えています。　また、ヒトの 場合、約２万の遺伝子があります。 ●ゲノム情報は人類共通の財産で、私たち、高校生でも簡単に利用で きます アミノ酸 （※ヒトゲノムマップ　

5 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 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 登場。 ●これまでは、ゲノム配列の解読には、膨大な費用がかかっていましたが、 　1000ドル（約8万円）で、解読できる時代になりました。 ●今後、希望する個人は、自分のゲノム配列を解読して、自分がどんな病気にかかりやすいのか？ 　あるいは、不幸にも病気にかかった時に、自分に効く（きく）薬がどれであるかが、だんだんと、わかる時代になります。 ●そこで、私たちは、総合華頂探求の時間に、ゲノムや遺伝子といった、生命情報科学の実習を、コンピュータを使って行ってきました。 　私たちが “関心のある病気 に 関係する遺伝子”と、“その遺伝子配列のどこが　おかしくなると、病気を発症する可能性が高くなるのか” を、自分たちで主体的に探索をしました。 　　探索した内容を、これから発表します。 米ライフテクノロジーズが発売した、次世代シーケンサー 「イオン・プロトン」

6 乳癌に関係する遺伝子の探索 田中 乃々 ・ 山下 彩夏 昨年のスライド：自由に修正して下さい。
田中　乃々　・　山下　彩夏 ●はじめに、乳癌に関係する遺伝子について探索した内容を発表します。

7 乳癌について 乳癌の危険因子 乳癌は、米国の女性にみられる癌では皮膚癌に次いで多く、
昨年のスライド：自由に修正して下さい。 乳癌について 　乳癌は、米国の女性にみられる癌では皮膚癌に次いで多く、 女性の癌の中では肺癌に続いて多い死亡原因となっています。　　　　　 乳癌の危険因子 年齢 加齢は重要な危険因子です。乳癌の約60％は60歳を過ぎた女性に 発生しています。 乳癌の家族歴 ごく近い親族（母親、姉妹、娘）に乳癌の人がいる女性では 乳癌発症リスクが2〜3倍になります。母親、姉妹、娘の中に 乳癌の人が2人以上いる場合はリスクが5〜6倍になります。 乳癌に関係する遺伝子 乳癌に関係する遺伝子の中で、特に遺伝子BRCA1とBRCA2は、 遺伝子診断の対象として既に病院でも調べられています。 （引用サイト ： メルクマニュアル医学百科 家庭版）

8 乳癌に関係する遺伝子 “BRCA1” jabion遺伝子百科で、乳癌に関係する 遺伝子を調べると、６７の 遺伝子が 見つかりました。
昨年のスライド：自由に修正して下さい。 jabion遺伝子百科で、乳癌に関係する 遺伝子を調べると、６７の 遺伝子が 見つかりました。 （ABC1, BCAR1, BCAS1, BCMP11, BRCA1, BRCA2など） その中の1つ、ＢＲＣＡ１遺伝子について 　詳細を調べました。 ●日本の研究機関が公開しているジャビオン遺伝子百科を使って、乳癌の関係する遺伝子を調べると、６７もあります。 ●その中の一つ、BRCA１遺伝子について詳細を調べました。 （使用サイト：jabion遺伝子百科　

9 昨年のスライド：自由に修正してください。
乳癌に関係する遺伝子 “BRCA1” 昨年のスライド：自由に修正してください。 ゲノム配列上の位置： 17番染色体 遺伝子名：　breast cancer 1 機　　　能：　BRCA1は　DNA損傷修復などの、重要 な役割を持っています。 この遺伝子に異常があると、DNAの傷をもとどおりに 修復することができないために、DNA異常が蓄積し、 それによって生じた異常タンパク質によって、やがて 増殖を止めることのできない がん細胞 が発生します。 ●BRCA1（ブレスト　キャンサー　１）は、DNA損傷修復などの、重要な役割を持っています。 ●この遺伝子に異常があると、DNAの傷をもとどおりに修復することができないために、DNA異常が蓄積し、それによって生じた異常タンパク質によって、やがて増殖を止めることのできない がん細胞 が発生します。 （引用サイト：聖マリアンナ医科大学大学院 医学研究科　ホームページ 　

10 BRCA1 遺伝子のアミノ酸配列 昨年のスライド：自由に修正して下さい。
LOCUS ：　NP_ aa linear 　　　PRI 10-MAY-2009 DEFINITION：　 breast cancer 1, early onset isoform BRCA1-delta9-11 　[Homo sapiens]. ●BRCA1 遺伝子のアミノ酸配列が、こちらです。 ●次に、この配列のどこが変異すると、病気を発症する可能性が高くなるのかを調べてみます。 （データ引用元：　NCBI　

11 BRCA1 遺伝子 の突然変異情報 OMIMで、突然変異情報を調べると、15件の突然変異情報が得られました。 一例を挙げて、説明すると、
昨年のスライド：自由に修正して下さい。 OMIMで、突然変異情報を調べると、15件の突然変異情報が得られました。 一例を挙げて、説明すると、 BRCA1, CYS64GLY BRCA1, CYS61GLY BRCA1, SER766TER BRCA1, SER915TER BRCA1, SER1040ASN BRCA1, ARG1203TER BRCA1, GLU1250TER BRCA1, ARG1443TER BRCA1, ARG1443GLY BRCA1, TYR1853TER BRCA1, ARG841TRP BRCA1, ARG71GLY BRCA1, MET1775ARG BRCA1, MET1775LYS BRCA1, ARG1669GLU ●アメリカのジョンズ・ホプキンス大学医学部のサイトで、突然変異情報を調べると、15件の突然変異情報が得られました。 ●その中のひとつを紹介します。 （使用サイト： OMIM )

12 BRCA1, CYS 64 GLY 昨年のスライド：自由に修正して下さい。 LOCUS ：　NP_ aa linear 　　　PRI 10-MAY-2009 DEFINITION：　 breast cancer 1, early onset isoform BRCA1-delta9-11 　[Homo sapiens]. ●緑の丸でかこった、ところが、正常なヒトはｃ（システイン）ですが、もしも　ここがｇ（グリシン）に変異していると、乳癌を発症する可能性が高くなります。 　　このように、遺伝子の配列を調べることで、その病気を発症する可能性が高いのか、そうでないかを調べることが出来ます。 正常な人は、　ｃ（CYS）システイン。　ｇ（GLY）グリシンに変異している人は、乳癌を発症する可能性が高い。

13 乳癌に関係する遺伝子 “BRCA1”の配列に変異が見つかった
↑　腫瘍が出来ているわけではありません。 母 叔母 乳がん：56歳 乳がん：61歳 ６人の子供 ●アメリカのハリウッド女優、アンジェリーナ・ジョリーさんは、遺伝子検査で、乳癌に関係する遺伝子に変異があることを知り、 　まだ腫瘍ができていないにも係らず、予防医療として、両方の乳腺を切除したニュースが、昨年 話題となりました。 ●母親を若くして乳癌で亡くしていることや、６人の子供がいて、その子供たちに将来、悲しい思いをさせたくないという背景もありました。 ●アンジェリーナ・ジョリーさんの、この行動には、お医者さんの中でも、賛否両論があるそうです。 ●私達も、このような医療における新たなオプションがあることも知った上で、将来、もしこれと同じような場面に出くわしたときには、自分自身で良く考えて結論を出したいと考えています。 アンジェリーナ・ジョリーさん

14 鎌状赤血球貧血症 “Sickle cell disease“ に関係する遺伝子の探索
昨年のスライド：自由に修正して下さい。 鎌状赤血球貧血症 “Sickle cell disease“ に関係する遺伝子の探索 ●次に、鎌状赤血球貧血症について発表します。

15 昨年のスライド：教科書に載っている内容等に、自由に修正して下さい。
グルタミン酸 Ｇｌu 一つの遺伝子の一箇所の突然変異で病気になる例 昨年のスライド：教科書に載っている内容等に、自由に修正して下さい。 　Ｖａｌ バリン 父親由来と母親由来の両方の遺伝子でこの変異があると鎌状赤血球貧血症になる。但し、この変異を持つヒトはマラリア原虫が増殖しにくい有利さもある。 変異 ●遺伝子には、Ａ（アデニン）、Ｔ（チミン）、Ｇ（グアニン）、Ｃ（シトシン）の、４つの塩基（えんき）が連（つら）なっています。 ●その　A.G.C.Tの順番がたった１つ違うだけで突然変異を起こしてしまう例として、鎌状赤血球貧血症があります。 ●この病気は、親から子に遺伝する病気として知られます。 ●症状は酸素が少なく貧血を起こし血管がつまりますが、生活に支障はありません。

16 11番染色体のここ 塩基配列 アミノ酸配列 ●鎌状赤血球貧血症に関係する遺伝子として、ＨＢＢ（ヘモグロビン）が、教科書でも解説されています。
●この遺伝子は１１番染色体の短腕（たんわん）の外側にあります。 ●矢印のところをクリックすると、高校生の私達でも、この遺伝子の アミノ酸配列 や ＤＮＡの塩基配列 を見ることができます。

17 Homo sapiens hemoglobin, beta (HBB)
CDS “HBB” atg gtg cat ctg act cct gag gag aag tct gcc gtt act gcc ctg tgg ggc aag gtg aac gtg gat gaa gtt ggt ggt gag gcc ctg ggc agg ctg ctg gtg gtc tac cct tgg acc cag agg ttc ttt gag tcc ttt ggg gat ctg tcc act cct gat gct gtt atg ggc aac cct aag gtg aag gct cat ggc aag aaa gtg ctc ggt gcc ttt agt gat ggc ctg gct cac ctg gac aac ctc aag ggc acc ttt gcc aca ctg agt gag ctg cac tgt gac aag ctg cac gtg gat cct gag aac ttc agg ctc ctg ggc aac gtg ctg gtc tgt gtg ctg gcc cat cac ttt ggc aaa gaa ttc acc cca cca gtg cag gct gcc tat cag aaa gtg gtg gct ggt gtg gct aat gcc ctg gcc cac aag tat cac taa ＤＮＡ配列 アミノ酸配列 ●上が、ヘモグロビンの ＤＮＡの塩基配列 で、下が、 アミノ酸配列 です。

18 Homo sapiens hemoglobin, beta (HBB)
CDS “HBB” atg gtg cat ctg act cct gag gag aag tct gcc gtt act gcc ctg tgg ggc aag gtg aac gtg gat gaa gtt ggt ggt gag gcc ctg ggc agg ctg ctg gtg gtc tac cct tgg acc cag agg ttc ttt gag tcc ttt ggg gat ctg tcc act cct gat gct gtt atg ggc aac cct aag gtg aag gct cat ggc aag aaa gtg ctc ggt gcc ttt agt gat ggc ctg gct cac ctg gac aac ctc aag ggc acc ttt gcc aca ctg agt gag ctg cac tgt gac aag ctg cac gtg gat cct gag aac ttc agg ctc ctg ggc aac gtg ctg gtc tgt gtg ctg gcc cat cac ttt ggc aaa gaa ttc acc cca cca gtg cag gct gcc tat cag aaa gtg gtg gct ggt gtg gct aat gcc ctg gcc cac aag tat cac taa gag グルタミン酸（e）　→　gtg　バリン（ｖ）　に変異すると発症 ＤＮＡ配列 gag グルタミン酸（e）　→　gtg　バリン（ｖ）　に変異すると発症 アミノ酸配列 ●DNAの塩基配列が、１文字　違うだけで、翻訳されるアミノ酸が変わり、 　それにより、赤血球の形を鎌状に変えることが、研究者の調べで分かっています。

19 ～ ヒトゲノムの多様性について考える ～ 鎌状赤血球貧血症とマラリアの分布
　鎌状赤血球貧血症とマラリアの分布 鎌状赤血球症の遺伝子頻度の高い地域と、とマラリアの発生地域に共通する所が多い。 ●この図の、 　　左側は、鎌状赤血球の遺伝子頻度を表しています。 　　右側は、マラリアの発生地域を表しています。マラリアは、現在でも　毎年60万人以上が死亡する、恐ろしい感染病のひとつです。 ●鎌状赤血球の遺伝子頻度の高い地域と、マラリアの発生地域に、共通する所が多いことがわかります。 ●鎌状赤血球症の患者は、マラリアに耐性があることが知られています。 ●なぜかというと、鎌状赤血球が短時間で溶血してしまうためマラリア原虫が増殖できずマラリアの発症を抑えるためだそうです。 ●つまり、マラリアにかかって死なないために、あえてマラリアへの耐性のある、鎌状赤血球貧血症の遺伝子の変異を獲得しているのです。 　言い換えると、ヒトゲノムの多様性を積極的に獲得しているとも言えます。 ※ マラリアにかかって死なない為に、あえて鎌状赤血球症の変異を獲得している。

20 病気に関係する遺伝子の探索 ～ヒトゲノムの多様性について考える～
御静聴、ありがとうございました！ ●私たちは、生物の授業で、生物の多様性が重要であることを学びました。 ●そして更に、この総合華頂探求で、「病気に関係する遺伝子の探索」を行うことで、ヒトゲノムの多様性についても、考えることができるようになりました。 ●遺伝子の配列に、変異があることで、どうして、がんなどの病気を発症するのかが理解できました。 ●近い将来、私たち自身も、ゲノム検査や、遺伝子検査を、受けるか受けないかの 判断をしなければならない場面があるかもしれません。 ●そんな時でも、私たちは自分自身で、しっかりと考えを持って、判断したいと考えています。 　御清聴ありがとうございました。

21 これ以降の資料は、 参考用、 質問に対する回答用、 をイメージして準備したものです。
これ以降の資料は、 　参考用、 　質問に対する回答用、 をイメージして準備したものです。

22 gag が gtg に変異している場合 ●鎌状赤血球貧血症についての、ヘモグロビンの遺伝子配列。 正常なヒトは、ｇａｇ で グルタミン酸。
フェニルアラニン ロイシン ●鎌状赤血球貧血症についての、ヘモグロビンの遺伝子配列。 　　正常なヒトは、ｇａｇ　で　グルタミン酸。 　　これが、 　　ｇｔｇ　に変異すると、バリン　に翻訳され、赤血球が鎌状になることが、研究者の調べてわかっている。 バリン グルタミン酸

23 ソニー、アマゾン、グーグル がヒトゲノム解析に参入
　ゲノム解析の広がりをにらみ、世界のＩＴ大手も商機をうかがう。 　米アマゾン・ドット・コムがゲノム解析など向けにビッグデータを効率的に分析するサービスを開始、米グーグルもゲノム解析会社などに出資している。先端医療が進む米国ではＩＴ企業の参入がゲノム解析を推進する原動力となっている。 日本経済新聞2013/8/28 私達もよくしっている、大きな会社 ソニー、アマゾン、そして　グーグル　までもが、このゲノム解析の分野に参入してきています。

24 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。
　「病気になる遺伝子」 はありません！ 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。 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します。

25 マラリアについて 年間3～5億 人の罹患者と150～270万人の死亡者があるとされる。この大部分はサハラ以南アフリカにおける5歳未満の小児である。 ●2010年には、世界で年間約2億人がマラリアを発症し、約66万人が死に至りました（「World Malaria Report」）。 ●図を見てみると、現代では、日本やヨーロッパなどの温帯地域はマラリアの流行地帯ではなく、熱帯地域に多く ●マラリアの発生、流行は、現在、熱帯、亜熱帯地域の70か国以上に分布しています。 ●マラリアとはマラリア原虫に感染したハマダラカの雌が人の血を吸って蚊の睡液と一緒に体内に入ります。 ●その時に、マラリアに感染してしまいます。感染すると死亡することがあり、年間3～5億 人の罹患者と150～270万人の死者が出て 　この大部分はサハラ以南アフリカにおける5歳未満の小児に多いです。

26 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
日本でも既に、遺伝外来があります。 ●慶応病院では、既に　家族性乳がんの遺伝子外来があります。 　希望する人は、自分が乳癌を発症する可能性が高いのか、そうでないかの“遺伝子検査”を受けることができます。 ●ヒトの個人ゲノムが、1,000ドル（約8万円）で解読できる時代がやって来ました。 ●希望する個人は、自分のゲノム配列、遺伝子配列を調べ、どのような病気にか かりやすいかを調べることが出来ます。 ●また、どの遺伝子が変異して病気を発症しているのかがわかると、自分にあう薬 選びに役立つ場合もあります。 ●この、乳癌に関係する遺伝子の探索を通して、ゲノム検査、遺伝子検査に関して の理解と、これを自分自身が、今後どう活用していくかを、自分自身で考えるため の、基礎的な知識を得ることが出来ました。

27 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

28 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。
テーラーメード医療 　個別化医療 C D ※ 引用：産経新聞　2012年2月1日

29 病気： 遺伝的要因（遺伝因子） と 環境要因 ●病気の原因には大きくわけて環境要因と遺伝要因とがあります。
　病気：　遺伝的要因（遺伝因子）　と　環境要因 ●病気の原因には大きくわけて環境要因と遺伝要因とがあります。 ●近年の遺伝医学の進歩は多くの疾患において遺伝要因が関与していることを明らかにしています。 ●従来は遺伝疾患は稀なもの，特別なもの，健康な人たちには関係ないものという印象が根強かったのですが、実際には死ぬまでには，すくなくとも60％の人は遺伝性の病気にかかっています。 　すなわち遺伝性疾患とは決して特殊なものではなく，すべての人々が罹患（りかん）しうる病気であり，みんなの問題として取り扱わなければならないのですが，そうした認識は一般に乏しいのが現状です。