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484，2014BRAI
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第５回

堀田凱樹
×酒井邦嘉

シーモア・ベンザー【中編】（聞き手)

ベンザー，堀田両氏
堀田氏の帰国直前，197
2年３月 29日に撮影された写真。後ろの黒板には運命予定図が書かれているのがみえる。ベ
ンザー氏の胸ポケットはボールペンのインクでいつも黒く汚れていた。

（前号からの続き）

堀田 それを証明するために点突然変異を利用しました。ただ，確率的に１個１個のカウンター・カレント法

遺伝子に突然変異を起こして，それに伴う行動異常を探すわけだから，かなり大変な

前 回 ま で の お 話 で，ベ ン ザーは作業です。当時は遺伝子がいくつあるかはファージ研究での大仕事を経て，スペリー

わ か り ま せ ん で し た が，１ 万 か 10万 の（RogerWolcottSperry；1913‑1994）のオーダーだと考えられていました。

©IGAKU-SHOIN Ltd, 2014酒井研究室に入り，46歳にしてようやくショ

ベンザーは，非常に精度よく，いったんウジョウバエ研究にたどり着きました。

目的の遺伝子をヒットしたときは，その個堀田長かったね。ようやく私も留学しま体を必ず捕まえられるくらいの精度の実験す（笑）。1968年から 1
972年のことです。

をデザインする必要があると考えた。そこ

酒井 最初 は ショウ ジョウ バ エ の 走 光

でベンザーと私が工夫したのが，カウン性 の実験ですね。 飛んで火に入る夏のター・カ レ ン ト（count）と いercurrent

虫う装置（Fi）です。
g.というぐらいですから，昆虫は光が来る方向をガイドにして飛ぶという本能，つ酒井 この装置を使って，走光性の行動がまり走光性がある。生物の本能は遺伝的に正常な個体と異常な変異体とを選別された決定されるはずだから，走光性という行動のですね。

を決める遺伝子がみつかるかもしれない。

堀田 装置の構造を説明しましょう。試験

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現代神経科学の源流化しようと考えた。これは物理化学的な分析法ですね。
しかも，この試験管は抜いて洗える。これは非常に大事なことです。
酒井 試験管に餌などが付着していたり，他の個体の臭いが残っていたら，ハエの行動に影響が出るかもしれませんからね。
堀田 今お話ししたのは光の方向に向かう
tolight という反応をみるための実験です が，光 と 反 対 方 向 に 向 か う

fromlight でも実験を行いました。つまり，下段の試験管側から光を当てて同じ操作を繰返します。移動した個体の中には，ドンドンと衝撃を与えたことで驚いて飛び出し
Fig. 堀田氏のカウンター・カレント
ネームプレート付き（下図）。

ただけの個体もいるかもしれませんが，それならば

tolight とfrom light の条

件に違いがみられず，試験管５番に多く分管が上段に５本，下段に６本（０番〜５布するはずです。

番）並んでいて，上段の試験管はすべて逆

酒 井 走 光 性 を 示 す 正 常 な 個 体 は， to

さ向きに固定されています。上段の試験管

light の条件では試験管５番に多く分布はスライドして隣の列に動かせるようにし， from light の条件では試験管０番なっています。に多く分布することになるでしょう。一

まず試験管０番にハエを入れて，上段の方，視覚に異常のあるハエは，光の方向と左端の試験管を下段の０番に合わせ，装置無関係に移動するため，両方の条件で真ん全体を寝かせます。そして上段の試験管の中の試験管２番と３番あたりに多くて，ほ側から光を当てるわけです。30秒経ったぼ二項分布となりますね。

ら上段を右隣へカタンとずらし，下段の試堀田 そういうことです。また，移動しよ験管を机にドンドンと打ちつけて，中のハエ

う と し な い ノ ロ マ 型 の ハ エ は， toを下段の試験管に落としてやると，光のほう

light とへ移動したハエは試験管１番に，移動しな験管０番にとどまることになります。

かったハエは試験管０番にとどまります。

酒井 そうした個体は，運動能力に問題がその状態から上段の試験管を左隣へ元のfrom light の両方の条件で試ありそうです。

位置に戻します。また同じように上段の試堀田 逆に，ハイパーアクティブ（活動過験管の側から光を当てると，今度は試験管多）なハエも，少数ながら出てきました。

０番と１番の２列でハエが走り出す。そし酒井 そうした個体はあらゆる方向に飛びてまた上の段を右隣へずらして，ハエを落回るので， tolight ととす。そうすると試験管０〜２番の３本に両方の条件で試験管の後半側（３〜５番）ハエが分布して，それぞれ光に０回反応しに多く分布するわけですね。

たグループ，１回反応したグループ，２回堀田 そうです。そのハイパーアクティブ反応したグループに分けられます。

な中から，ハイパーキネティック（Hk）

from light のこの作業を繰り返してやると，５回の操などの遺伝子がみつかり，カリウムチャネ作でハエの集団は６つの試験管に分かれる

ルの発見につながったのです。以上のようわけです。これがカウンター・カレントに，複数の可能性を分離できるように実験と呼ばれる方法の原理です。ベンザーをデザインするのがポイントです。元々はこの方法を使って，走光性の行動を定量は，走光性の行動突然変異体を集めるため

法

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481の装置でしたが，さらに活動全般の異常と酒井

網膜の電位変化に異常があるタイプいうハエもみつかって，その後の大きな仕をみつけた成果が，堀田先生の留学中の最事につながりました。

初の論文웋になりましたね。
웗こうした行動の定量的な測定というのは堀田 でも，その判別をやり続けていく初めてのことです。それまでの行動遺伝学と，また疑問が出てきます。網膜の電位にというのは，ただ行動を観察して何か異常異常があるからといって，それが眼の機能があるというまでの話でした。何か異常がに関わる遺伝子に異常があるとは必ずしもあるといわれても，何がおかしいのか，ど限らないと気がついたのです。例えば，腸の程度おかしいのかという定量性がないと管での吸収に異常があれば，ビタミン Aいうことが難点だったのです。ベンザーのが欠乏して夜盲症になるかもしれません。

アイデアで，行動異常を定量的に測ること

ビタミン A 不足は色素蛋白であるロドプができるようになった。しかも集団で解析シンに異常を起こします。

するから，統計処理ができる。さすが物理

酒井 いわゆる学者だと思いましたね。

堀田 そこで，表現型として現れた網膜の酒井実験手法としては，遺伝子異常を多異常の原因が，確かに眼の遺伝子変異にあ数の個体からスクリーニングするという発るということを証明できないかと考えまし想ですね。

た。それができないと，実験結果を正しく堀田

解釈できませんから。その答えが遺伝子に突然変異を起こさせるに鳥目ですね。

バランサー染色体
優性マーカーと劣性致死遺伝子を持ち，全域に逆位を持たせて正常な染色体と乗換えが起こらないように人工的につくられた染色体。実験に使用する変異染色体は，このバランサー染色体と合わせて継代することで，変化させずに維持できる。バランサー染色体同士がホモ接合となる個体は致死なので，生きていれば必ず変異染色体を持つのである。
モザイク個体異なる遺伝子構成を持つ組織が，１匹の個体に共存している状態。

モザイ

は，餌に混ぜたエチルメタルスルフォン酸ク法でした。

（EMS）を使います。ただし，劣性突然変酒井 モザイク法が使えるというアイデア

異が多く起こるという問題は当初から予想はどうやって着想されたのですか。

されていて，ホモ接合にしなければ症状が堀田 ユタ州あたりで開かれたファージの出ないという難しさがありました。ショウ

セミナーに参加したところ，ファージの話

ジョウバエにはバランサー染色体という技ばかりが続く中で１人だけ，エド・ルイス術があって，２世代から３世代のかけ合わ（Edwar；1918‑）のところ
dB.Lewis2004

せで異常の起こった染色体をホモ接合に持に い た メ リ ア ム（JohnMerriam）が，つハエを簡単につくれます。それでも，実ショウジョウバエのモザイク個体の話をし際に行動異常を起こす個体がみつかる確率たのです。彼は，体表の構造のモザイクのが 1,000匹に１匹以下ですから，精度と能話しかしなかったけれど，それならば神経率の両方がよいスクリーニング法が必要な系などの体内の構造もモザイク状になってのです。この実験を私は朝から晩まで２年いるはずだと私は直感しました。
そして，神経系の突然変異体でモザイクぐらいやりました。

をつくれば，体の中にもモザイク模様がでモザイク法の着想きるので，どこが異常だと突然変異の症状が出るのかがわかるはずだと思いついたのカウンター・カレント法で実験を続です。これは移植実験と同じ論理で，しかもけていると，走光性に異常のある突然変異メスを使わずにできるのです。われながら個体がみつかったわけですが，その個体は興奮しました。セミナーが終わるや否や，そもそも眼がみえているのかという疑問が夜通し車を走らせてカルテク（カリフォルニ出てきました。そこで私は，光刺激に反応ア工科大学）まで帰ったのです。翌朝，そ堀田

す る 網 膜 の 電 位 変 化（ERG：electro-のアイデアをベンザーに説明したら， そretinogram）を測定して，光の受容細胞

うだに異常があるのか，それとも視神経に異常酒井 ベンザーは理解が早いですね。

があって網膜からの信号が脳に行かないの

堀田 当時，このアイデアはベンザー以外かを判別していきました。

誰も理解してくれなかったのです。私は自と彼もすぐにわかってくれました。

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現代神経科学の源流分１人で思いついたつもりでいますが，モ酒井 うまく飛べないからですか？

ザイクのことはベンザーも当然エド・ルイ

堀田スのところで目にして知っているわけでん。羽の形に異常があると，不思議なことす。モザイク法は有用だと考えていたのでにハエの活動は不活発になるのです。片方しょう。だから，私の話をすぐに理解しての翅だけを上げているモザイクのハエをみくれた。ただ，モザイク法を神経系の突然せたところ，周りの仲間がやっと理解して変異体に使うという実験は，私が言い出さくれました。それは筋肉の変異であって，神なければ実現しなかったと思います。

経系の変異ではないと後でわかりました。

酒井

その着想の次は何に取り組まれたの運命予定図の実現ですか。
堀田堀田凱樹氏

東京大学名誉教授
東京大学理学部教授，国立遺伝学研究所所長，総合研究大学院大学遺伝学専攻長，大学共同利用機関法人情報・シス
テ ム 研 究 機 構 長 を 歴 任。
1
968〜197
2年 の 約 ４ 年 間，カリフォルニア工科大学のベン ザーの 下 に 留 学。2013年
紫綬褒章受章。

それは飛べないためではありませベンザーと２人で議論をした結果，体の中のモザイク模様は，遺伝子型によっ酒井 体の異常部位がマッピングができるて細胞に印をつけるようになるまでには，もう少し時間が必要

セルマーカー法を工夫すればみえるかもしれない，と考えてだったのですね。

実験を始めました。

堀田 実 は，ス ターテ バ ン ト（ Alfred

X染 色 体 を 利 用 し て 雌 雄 モ ザ イ ク；1891‑）が論文にHenrySturtevant
1970（gynandromorph）をつくるときには，Xそのヒントを書いていました。それはス染色体上に載っている遺伝子由来の酵素かターテバントの 1
929年の論文워
ですが，
웗その産物で細胞を染め分ければ，成虫の体雄・雌に分かれるときの頻度から，身体の２の中にモザイク模様がみえるはずだと考えつの構造間のました。そこで X 染色体上の遺伝子を全ています。１次元の染色体地図作成法を２部列挙して酵素を選び出し，その酵素で染次元に応用して，ハエの胞胚（発生初期にめられるものはないかと調べたところ２つ卵の表面側に細胞が１層並んだ状態）の上３つありました。しかし実際に実験してみに，成虫の体の各組織に対応した 運命予定ると，その酵素は組織切片上では拡散性で図 が描けるに違いないと予想したのです。

細胞から出てしまうため，細胞を個別に特酒井 それはスターテバントの卓見だった定できないことがわかりました。そのときのですね。

は，セルマーカー法がうまくいかなかった。

堀田 そう，彼はアイデアだけを述べて，そこで，成虫の体表の特 徴（赤 目・白自分ではやらなかった。そして，先ほどお目，体色，体毛の違いなど）を決めるよう話ししたジョン・メリアムが，エド・ルイな劣性マーカー遺伝子を利用して，体表のスのラボでスターテバントのデータを使っ雌部分（XX 型で劣性突然変異が発現せずて，腹部体節の運命予定図が正しい順番で正常）と雄部分（一方のＸ染色体が消失し並ぶような地図をつくったのです。

た XO型で劣性突然変異が発現する）の距離が推定できると述べ表面の体節でそれができるなら，それと境界を決めることにしました。の位置関係で，神経などの内部組織も全部酒井マップができるに違いないと私は考えましそれは先生が留学されてから，どのくらい時間が経っていたのですか。
堀田

２年半くらいですね。４年いた間のた。そして，胞胚上の距離の単位を，ス
ターテ バ ン ト に ち な ん でス ターツ

前半は突然変異を取っていて，後半がモザ（s） と呼ぶことにしたのです。
turts

イク法の研究ですから。

酒井 スターテバントは，自分のアイデア

酒井ちょうど 1
970年くらいですね。

が実現して喜んだことでしょうね。

堀田

このモザイク法で得られた突然変異

堀田

元々のアイデアが 1929年で，その体の中には，翅が上に跳ね上がっている突

4
0年後に成就したわけだから，スターテ然変異体（wi）が あ り まngs
upmut
ants

バントは，すごく喜んでいましたね。それした。そういうハエも，走光性を示しません。

は亡くなる直前のことですが，彼はその頃

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もラボのあたりをうろうろしてるのですよ

イク個体の何例で雌部と雄部に分かれたか（笑）。カルテクの裏庭に彼の家がありましという割合が， 距離 に対応するわけです

たから。昔，カルテクの教授をしていたとね。構造間の距離が近いほど，雌雄パターきの借家を，名誉教授になったときに自分ンに分かれる割合が小さくなりますから。

で買いとって住んでいました。

堀田

染色体上に１次元のマップをつくったのそういうことです。原理的には，三角測量の要領で地図を描きます。当時の計がスターテバントで，われわれはそれを２算機はまだ次元のマップに拡張したのです。スターテ卓もない時代です。

バントにしてみれば，それは当然の拡張酒井だったのでしょうが，２次元のほうはほとは，大変な作業だったことと思います。計算んど誰も手をつける人がいませんでした。

結果を２次元的な距離関係で表すことで，酒井運命予定図実現には，技術的に難しい点があっ手回し計算機でしたし，電それだけ大量のデータを処理するのが完成したのですね。そのたのでしょうか。

成果は

堀田

これはあまり知られてないことです堀田 その原理を整理して考えると，とてが，運命予定図をつくるときに，距離を完も面白いシステムになっているのです。突

全に実験データに比例させて書いてはいな

然変異は， どの場所で，どのような性質いのです。実は染色体の距離もまた，組みの変化をしているか替えの頻度と正確に比例するわけではありらかにすべきですが，この手法はその２つません。論文にいちいち書いていなくてを分離して，変異を起こす場所だけを特定も，ホールデンの式という補正法を使うのできるのです。それがどんな変異なのかまです。距離の近いところは線形だと仮定しではわかりませんが，場所が特定されたのても，それほど間違いではありませんが。

なら，その細胞の性質を詳細に調べればよ

酒井

いのです。

２次元では補正法が確立していないに掲載されました。
Nature 誌웍
웗

酒井 例えば，先ほどの走光性の異常が，堀田眼の異常なのか腸管の異常なのかをはっきから一番遠いところにありますから，正中りさせられる。よくわかりました。

線を描くには何らかの補正が必要です。そ堀田 この考え方の意義は，今でも失われこは近似をするしかありません。ていないと思います。

酒井

酒井 その前提として，点突然変異を調べ実際に何か行動異常の突然変異がみつかった場合，どうやってマップに載せるないと駄目なのですね。のでしょうか。

堀田 点突然変異であって，原因が１つで堀田

約 1,000匹のいろいろなパターンのないと，解析が複雑になってしまいますから。

モザイク個体をつくって，その１匹１匹の行

酒井 そうしてすべてがうまく結びついた動を調べ，行動異常と成虫の体表のモザイクので，ベンザーもショウジョウバエ研究にのパターンとの相関をみるわけです。ある行手応えを感じたことでしょう。

動異常を引き起こす体部位のスポットがあ

堀田 留学する前は不安でしたがね。ベンるならば，そこがモザイクの雄部分に含まれザーもそう思ってたはずです。 なぜ，堀田るときにのみ行動異常が起こるはずです。

が私にターゲットを絞って，自信を持って留酒井学してきたのか，わからない。一度聞いてみそれを決定するのは，気の遠くなるような作業ですね。

たい って，そんなことをいっていたらしい

堀田（笑）
。当然こっちも不安だったのにね（笑）
。

そうですね。ハエの体を模式的に描氏

東京大学大学院総合文化研究科教授／本誌編集委員という２つの点を明のですね。
正中線の位置は，実は左右の対応点

酒井邦嘉

ホールデンの式
遺伝子座の組換え頻度から遺伝子間の染色体上の距離を求め る 式 で，ホール デ ン（J.
‑1B.S.Haldane；1892964）が提案した。乗換えの頻度はポアソン分布に従うと仮定し，多重乗換えを推定に含めている。

いた絵のコピーをたくさん用意して，体の片側で約 50カ所の構造を定め，雌部分を絵で時計遺伝子の発見

赤く塗りながら境界線を引いていきました。
酒井

２つの構造を選んだときに，全モザ

酒井 続いて， 時計遺伝子（c）
lockgene

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現代神経科学の源流

夜明け頃に羽化
昆虫の羽化は夜明け前に行われるのが一般的である。それには，外敵に見つかるのを避ける利点と，日光によって羽化後の体の乾燥を促進する利点がある。の話をお聞きしたいのですが。

るはずだと思っていたのでしょう。まあ，

堀田

概日リズム（circadianrhythm）の最初は誰もが同じように否定していました

遺 伝 子（ピ リ オ ド 遺 伝 子：per）変 異 体が。学問の歴史でみると，時計遺伝子の発を，ベ ン ザーの 研 究 室 に い た コ ノ プ カ見というのは大きいですね。複雑な高次機（RonaldJ.Konopka）という大学院生が能だと思っていた現象が，単純な１個の遺みつけました。これが時計遺伝子と呼ばれ伝子で変化するというのですから，人々をる変異体の最初の発見で，1971年のことアッといわせる力があった。

です。コノプカは概日リズムのことを遺伝

酒井 現代的にいえば，時計遺伝子の役割学的に研究したくてベンザーの所に来たわというのは何なのでしょうか。

けではないようです。

堀田 複数のフィードバック回路のネット

酒井ワークなのでしょう。概日リズムのフィーベンザーのほうが時計遺伝子を狙っていたのですね。

ドバックのパラメータが強くなったり弱く

堀田 彼は，ベンザーの論文웎を読んで興웗なったりするということです。

味を持ったようでした。ただ，コノプカ自身

酒井 それで周期が伸びたり縮んだりするはどうしたらいいかわからないというので，のですね。

カウンター・カレント法などの原理に基づ

堀田 概日リズムが 24時間周期なのは，く実験器械は，私がつくってあげました。

たまたま現在の日周運動に従ってそうなっ酒井ているからであって，それが 19時間でも，どんな方法で変異体をみつけたので28時間でも１つの遺伝子変異で自由に調すか。
堀田

これも物量作戦です。ショウジョウ

節できるということがわかりました。

バエは夜明け頃に羽化しますので，突然変地球上の生命の長い歴史で考えれば，常異を起こさせた何百という系統のショウに24時間周期とは限りません。 生命といジョウバエの羽化を系統ごとに観察し続けうのは，いとも簡単に体内時計をずらしてたわけです。明け方に羽化しなければ時間外界に適応できます

感覚に変異を持っているということです

たわけですから，大したものです。ということを証明しね。それで彼は，明け方かどうかに関係な残念ながらコノプカは，その後，あまりくあらゆる時間帯に羽化する系統と，明け大きな仕事をせずに消えてしまいました。

方よりも早く羽化する系統と，逆に遅く羽もうひと仕事したら，立派に教授でやって化する系統の３つの変異をみつけました。

いけたのになあ。それもまた不思議なもの

酒井

それは大変根気のいる実験ですね。

です。

堀田

それから彼は，この３つの系統遺伝（次号へ続く)

子の地図を作成したのですが，驚くことにこれらは，X 染色体上の同じ遺伝子座にある３つの対立遺伝子だったのです。それ

文 献が私には，あまりにも不思議で信じられな

１)HottaY,BenzerS:Abnormalelectro-かった。だから共著者になるのは断ったのです。私の名前は謝辞に書いてあります

retinogramsi
nvis
ualmut
ant
sofDr
oso‑
phila .Nat
ure2
22:3
54356,1969２)Sturte
vantAH:Theclaretmut
anttypeが，もし共著者になっておけば，時計遺伝ofDrosophila simulans :A st
udyofchromosomeeliminationandofcellli
neage.
‑Z.wi
ss.Zool.135:323356,1929

子 の 発 見 者 の １ 人 に なった は ず で し た（笑）。
酒井

その発見をデルブリュックに知らせたときには，デルブリュックもまったく信じなかったそうですね。
堀田３)HottaY,BenzerS:Mappi
ngofbehavi
ouri
nDr
osophila mosaics.Nature240:‑
527535,1972４)Benz
erS:Be
havi
or
almut
ant
sofDr
oso-

彼も，概日リズムのように複雑な現象には，もう少し神秘的なメカニズムがあphila isolate
dbycount
ercurrentdi
stri‑
1119,1967bution.PNAS58:1112

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