Sponsered Link

ヒトゲノム計画の発足

 

 ヒトゲノム計画は米国では1990年の10月、わが国では1991年の4月に発足しました。いずれも1991年度ですが、米国の会計年度は前年の10月に始まるのです。

 

ただしそれより前に、ヒトゲノム計画の実施が技術的に可能かどうかについて、予備的な検討が行われました。1990年の4月には、1991年度から1995年度までの第1期の5年間に何をすべきかをまとめた計画書が発表されました。

 

 第1期の目標がは、①平均2~5cM間隔のSTS(sequence tagged site:塩基配列のわかった場所)により構成した遺伝地図の作成。②STSをほぼ10万塩基対ごとに配置した物理地図をつくる。③1塩基あたり50セントいないのコストで大規模な塩基配列の決定ができるよう、技術開発や改良を行う。④連続した10万塩基対の長さのDNAにつき、塩基配列の決定を行う。⑤実験動物としてはマウスについて遺伝地図をつくり、1~2本の染色体について物理地図の作成を始める。⑥計画により発生する大量のデータを処理するために、データベースの設計やソフトの開発を行う。⑦倫理面に対応するため、問題点の洗い出しや対応の方針を決める。⑧人材育成のために、年間600名程度に対し教育・訓練を行う、などとなっています。また、年間2億ドル程度の予算が必要とされました。

 

わが国のゲノム計画

 

 わが国においても、1989年~90年にかけて文部科学省科学研究費による「我国におけるヒトゲノム解析の推進に関する研究」(班長:松原健一、当時大阪大学教授)が行われました。ゲノム解析の推進にあたって、わが国における関連分野の現状の調査、必要なインフラストラクチャーの整備を行い、研究グループの育成、グループ間の連携の推進などの提言と、関連する事項を、1990年10月と1991年3月の2回にわけて報告しています。

 

 1991年度からは松原班長のもとに「ヒトゲノム解析研究」が発足しました。1996年度からは榊佳之(当時東京大学医科学研究所教授)を班長とする「ゲノムサイエンス:ヒトゲノム解析に基づくバイオサイエンスの新展開」班引き継がれました。ヒトゲノムの構造解析、ゲノム機能解析、ゲノムの生物知識情報などの班に分かれて、全国の70を超える施設が協力する態勢とましました。

 

 注目したいのは、ヒト以外の生物のゲノム解析に、かなりの重点を置いたことです。大腸菌、枯草菌、出芽酵母、センチュウ、ショウジョウバエ、マウスなどです。ヒトゲノム解析で機能のわからない遺伝子が見つかったとき、他の生物で同じような構造の遺伝子を選らんで、それを壊して影響をみることができます(ノックアウトマウスなど)。遺伝子らしい構造があるが機能がわからない状況では、このようなアプローチが欠かせません。ヒトの遺伝子を壊して個人への影響をみることはできませんので。

 

 班研究終了後には、各研究室や研究者がそれぞれ、特定の遺伝子の機能や構造、染色体上の特定の部分の遺伝子や多型の分布など、ゲノムにかかわるさまざまな研究を行っています。また、ゲノムに興味をもつ研究者が大幅に増えたことで、研究が大きく進みました。

 

ゲノムを解析する

 

 ゲノム解析の進め方を見ていきましょう。まず、どの染色体のどの部分を調べるのかを決め、付近の遺伝地図をつくります。続いて付近の構造を再現するように、YACやBACなどの大きなクローンを使って、コンティグをつくります。物理地図です。それができたら、それぞれのクローンの全長に対応する小さなクローンのコンティグをつくり、最終的には塩基配列まで明らかにします。

 

 ただし、必要に応じてクローンの染色体上の位置がわからないと、全体が見えません。そこで染色体レベルの情報や解析技術も、おおいに使われました。染色体に濃淡のバンドを染め出す分染法、特に精度を高めた高精度分染法、特定のヒト染色体を1本だけ含むマウスやハムスターの雑種細胞や、放射線のて照射によってヒトの特定の染色体の一部分だけを含む雑種細胞をつくる(放射線雑種細胞)技術などが例です。遺伝子や、その他のDNA断片の染色体上の位置を確認するための、FISH法も使われました。蛍光標識した遺伝子などが、染色体のどの部分に付着するかをみる方法です。

Sponcsered Link

 

 先天異常の患者にまれに見つかる染色体の相互転座も役に立ちました。相互転座は、染色体の腕が互いに入れ替わっただけですから、染色体には実質的な増減はできていません。したがって、症状がないことが多いのです。ただし、まれには異常を生じることがあります。相互転座にあたっての2カ所の切断点のいずれかに、たまたま原因遺伝子があったのです。そこで原因となる遺伝子が2つの切断点のどちらかにある、とわかります。

 

 遺伝地図をつくるためには多数のDNA多型が必要です数十塩基が反復したミニサテライトに続いて、CAの2塩基が反復した(CA)nなど(CAがn回反復)、マイクロサテライト多型(2塩基から数塩基ほどを反復単位とする反復配列)がたくさん見つかりました。

断層的ショットガン法

 また、米国ユタ州のモルモン教徒は、家系を非常に大事にして記録を残しているため、彼らの協力で大きな家系のDNAを集めることができました。それらを含めて多数の家系のDNAを集めたフランスの機関が、結果を同機関に知らせるという条件で、家系のDNAの提供をはじめました。

 

 その結果、多数のDNA多型が遺伝地図上にマッピングされました。1987年までに位置がわかった多型は400ほどでしたが、1994年にはすでに5800ほどのマイクロサテライト多型が、染色体上にマッピングされたのです。

 

 特にフランスのCEPH(ヒト多型解析センター)とジェネソン(フランス筋ジストロフィー協会などが設立した組織)のグループは(CA)n多型に絞って遺伝地図づくりを進め、この時期までに3000ほどの(CA)n多型の位置を決めました。さらに1996年までには5264の位置を決めたのです。

 

 ゲノムの全長は30億塩基対ですから、平均すると60万塩基対ごとに、多型の位置が決まったことになります。遺伝地図上の距離でいえば0.6cMですから、ずいぶん高い精度の遺伝地図ができたことになります。まさに遺伝地図づくりの主役です。

 

物理地図の完成

 

 YACクローンが連続したコンティグをつくり、ゲノムをカバーする物理地図をめざしての研究でも、フランスは大きな役割を果たしました。YACクローンは100万塩基対までの長さがありますから、0.5~1.0cMほどの間隔の遺伝地図があれば、コンティグをつくれるのです。完成によって世界の研究者たちは、調べたいと思う病気の遺伝子がどの染色体のどの位置にあるのか、遺伝地図上の場所さえわかれば、その場所のYACを手に入れて、原因遺伝子に迫ることができるようになりました。もちろん、ゲノムの解析にとっても、YACコンティグは欠かせません。

 

ゲノム解析をスピードアップした技術ゲノム研究に取り組んだ米、英、日、仏の(あとから独と中も加わった)合わせて20の研究グループは、全体の遺伝地図からYAC(その後、より安定なBACの使用が増えた)クローンによるおおまかな物理地図、さらに細かい物理地図と段階を追って、解析を進めました。「断層的ショットガン法」です。

 

 1999年3月には、塩基配列はゲノム全体の15%ほどしかわかっていませんでした。しかし、その後の15か月ほどの間に、90%まで解析が進んだのです。高速で塩基配列の解読ができるキャピラリー(毛細管)方式の登場で、解析のスピードが大きく上がったことがこの結果につながりました。従来の板状のガラスに挟んだゲルを使う電気泳動では、高い電圧をかけると発熱によりガラスが割れるなどの事故が起きるため、低い電圧でゆっくり泳動するほかなかったのです。ガラスの毛細管はごく細いために相対的に放熱が大きくなり、高電圧が使えるので大幅なスピードアップが実現しました。開発したのは、日本の企業です。

 

 なお。ベンター(C.Venter)に率いられた米国のセレーラ・ジェノミクス社は、ゲノム全体のDNAをまとめて短く切り、その断片の塩基配列を片っ端から調べてコンピューター上で連結する「ホールゲノムショットガン法」を選びました。

ゲノム解析のアプローチ

Sponcered Link