［発行］文部科学省特定領域研究「応用ゲノム」［お問い合わせ］
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辻間野辻省次

博行

省次

堀之内末治

佐倉統

加藤和人

辻永井省次

良三

堀之内末治

木村彰方

PROGRAM

井ノ上逸朗

山縣然太朗
林真理

京都大学大学院生命科学研究科生命文化学分野

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research
遺伝子の mRNA 量を測定することも夢ではありません。実際の実験では、例えば「正常細胞」から取り出した mRNA を緑色の蛍光色素で標識し、「病気の細胞」の mRNA を赤色の蛍光色素で標識した後、両者を等量混ぜて DNA チップとハイブリダイゼーションさせます。蛍光標識産物は、DNA チップ上に配置された、自分と相補的な配列を持つ DNA 断片と結合しますので、正常細胞でだけ発現していた遺伝子のスポットは緑色に、逆に病気の細胞でだけ発現していた遺伝子は赤色のスポット

間野 博行として検出されます。また両者で同じ程度発現していた遺伝子はオレンジ〜黄色として検出されま

自治医科大学分子病態治療研究センターゲノム機能研究部教授

す。こうして DNA チップ上の全遺伝子について 2 サンプル間での発現量の比が一度に測定できます。
このようにして、自分が調べたい病気について、正常と疾患細胞を DNA チップで比べることで病我々の細胞内にあるゲノムには 2 万 5,000 種類〜 3 万種類程度の「遺伝子」が存在することが知ら

気の原因になる遺伝子候補を選び出したり、また同じ病気の中で薬が良く効く患者さんと効かないれており、遺伝子からはメッセンジャー RNA（mRNA）が作られ、さらにこの mRNA を基にしてタン患者さんとで比較して、薬剤が効かない患者さんにだけ発現する遺伝子を取り出すことができるようパク質が作られます。ゲノムこそ代々受け継がれていく遺伝情報そのものですから、我々の生命シスになってきています。

テムは「タンパク質の作り方を遺伝情報として選んだ」と言えます。タンパク質は細胞の構造体とさらに DNA チップが出来ることは最近大きく広がりつつあります。我々の遺伝的個性の主役ともなるだけでなく、様々な酵素として化学反応をコントロールすることで脂肪や糖など細胞に必要な他言える一塩基多型（SNP）についても、1 枚の DNA チップで全染色体上の主たる SNP を決定するこの高分子物質を作ることができます。この酵素としての優秀性から、生命は遺伝情報の担い手としともできるようになりましたし、さらに、癌の重要な原因である遺伝子配列異常についても多くの遺てタンパク質を選んだのではないかと思われます。

伝子の配列を DNA チップで詳細に決定する技術も開発されつつあります。

遺伝子から mRNA が作られるステップのことを転写（transcription）と呼び、転写されている遺伝21 世紀の医療の重要なテーマはゲノム医学であり、具体的にはゲノム情報を利用して患者さんそ子は「発現している」と言われますが、我々の細胞内でいつも全ての遺伝子が発現しているわけでれぞれに最適な治療を行っていくことですが、その現実化には DNA チップが大きな役割を果たすこはありません。例えば目の水晶体を作るクリスタリンという遺伝子は水晶体においてのみ発現しておとでしょう。

り、体の他の場所では作られません。同様に血液中のアルブミンを作る遺伝子は肝臓でしか発現していません。このようにして、特定の遺伝子を特定の細胞で、しかも特定のタイミングでのみ発現させることで我々の複雑な体は維持されています。
こうしたデリケートな遺伝子の発現制御がうまくいかなくなると様々な病気が発症します。例えば
成長ホルモンというたった一つの遺伝子が過剰に発現するだけで先端巨大症になりますし、逆に成長ホルモンの発現が不足すると低身長になります。また MYC 遺伝子のように細胞を増殖させる方向に働く遺伝子が過剰に発現すると細胞が癌化の方向へ向かいます。このようにヒトの様々な疾患で「遺伝子の発現異常」が原因になっていることが予想されます。しかし具体的にある病気の原因にどの遺伝子の発現異常が関わっているのかはあまりわかっていません。そこでもしヒトの遺伝子が 3 万種類なら、その 3 万種類の遺伝子全てについて「正常細胞」と「病気の細胞」で mRNA 量を比較して、実際に発現量が異常となっている遺伝子を選び出すことができないだろうかと考えられました。
このような目的で開発された新しい研究技術が「DNA チップ（あるいは DNA マイクロアレイ）」です。これは解析したい遺伝子の断片をスライドガラスなどの担体上に高密度に配置した物で、スライド上の全遺伝子に関する mRNA 量を測定することができます。最新の技術を用いれば数万種類の DNA 断片を 1 枚のスライドガラス上に並べることも可能ですから、1 枚の DNA チップでヒトの全0203

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

辻 省次
東京大学大学院医学系研究科脳神経医学専攻神経内科教授

ヒトゲノムの解読完了に象徴されるように、ゲノム解析の急速な進展を受け、ゲノム研究は新たな段階に入っている。ヒトゲノムの全塩基配列情報に加えて、1,000 万以上存在する大量の多型情報が蓄積されつつある。多型の多くは、1 塩基多型（single nucleotide polymorphism, SNP）であるが、最近では、コピー数多型も注目されるようになってきている。
このようなヒトゲノム上の膨大な数の多型性を網羅的に解析することで、疾患の発症に関与する遺伝子要因の解明ができるものと期待されている。これまでは、このような膨大な数の多型性をハイゲノム情報にもとづく医学の新展開スループットに解析することは困難であったが、最近の技術の進歩により、このような膨大な数のSNP を、DNA マイクロアレイの技術を用いて、一気に解析することが可能になってきている。

遺伝子診断は、これまでは、主として遺伝性疾患の診断確定のために行われることが多かったが、これまでの研究は主として、単一遺伝子疾患の病因遺伝子の解明を目的としたものであったが、今後は、生活習慣病をはじめとして、頻度の高い疾患について、遺伝子解析を応用することが、診このような全ゲノムを対象とした SNP 解析により、生活習慣病などに代表される多遺伝子性疾患の療の場で急速に広まると予測される。このように、遺伝子解析を基盤とする診療システムを構築し病因の解明が進むと期待されている。このような研究を発展させていくためには、多数の患者さん、ていくことが必要となってきている。

健常者の方々の協力をいただき、大規模な検体収集が必須のものとなる。また、精度の高い臨床情報を同時に集積していく必要があり、多施設共同研究型の大規模研究の展開が必要になる。
このようなゲノム解析の成果は、診療の場において、診断の精度を高めること、治療法の決定などに役立つものと期待される。すなわち、疾患ごとに、数多くの遺伝子について網羅的に遺伝子解析を行うことが求められるようになってきている。これまでは、一つ一つの遺伝子を解析することが行われていたが、このような技術では多数の遺伝子の解析に対応することが困難である。このような多数の遺伝子の塩基配列の解析をハイスループットで行うためには、DNA マイクロアレイなどを用いた、ハイスループットの解析技術が必要になる。私たちの研究室では、パーキンソン病をはじめとする神経疾患を対象とした、DNA マイクロアレイを用いたハイスループット解析システムを開発してきている。
ゲノム研究の成果の応用のもう一つの分野として、薬理ゲノミクスの分野がある。すなわち、個人の体質に応じて、最適な薬剤の選択や、薬剤副作用の回避が期待される。このような分野を診療システムの中に組みこむためには、薬剤部、検査部、各診療科、ゲノム（遺伝子）診療部などが協力し合って、診療システムを構築していく必要がある。

0405

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

赤色酵母

放線菌

葛甘草

堀之内末治
東京大学大学院医学系研究科循環器内科教授
大腸菌

土壌中に分布する放線菌は、カビのように糸状に生育する原核生物で、さまざまな形態を示す多アミノ酸くの種が知られています。最も有名なものは、人類を結核や種々の感染症の脅威から救った抗生物フラボノイド質（ストレプトマイシン、ペニシリンなど）を作り出す放線菌です。ほかには、抗ガン剤や寄生虫を駆除したり、コレステロール値を下げたりする効果をもつ物質を生産する放線菌なども知られています。放線菌は、薬作りの名人です。

ストレプトマイシンを生産する放線菌は、同時に黄色色素も生産します。この黄色色素の化学構

放線菌は、自らの生存には直接関係しない物質（二次代謝産物）を約 30 種も作りだしています

造を決定し、その生合成経路を明らかにしました。生合成の 1 つの中間体であるベンゼン環を有する（作り出される物質の種類や量は、放線菌ごとに違います）。したがって、放線菌は二次代謝産物の化合物は、実は強度、耐熱性に優れたスーパー繊維の原料になります。微生物でこのような化合物生産に関与する多くの酵素遺伝子の宝庫といえます。こうしたさまざまな物質を作り出す力を利用が生産できれば、石油を使うことなく繊維製品を生み出すことが可能です。「脱石油」の好例といえすると、化学合成では難しい低分子の有機化合物や新しい薬の候補を作らせることができます。こます。の講演では、放線菌の保有する二次代謝のための酵素遺伝子を用い、植物しか生産しないとされてHOOC

NH2NOHO

いたフラボノイドやイソフラボンを微生物で生産できることと二次代謝遺伝子を利用したポリマー原料の生産について紹介します。

3 -アミノ酸-4-ヒドロキシ安息香酸nポリベンゾオキサゾール

フラボノイド化合物は、白から、黄、赤、赤紫、青までを作り出す色素で、抗がん作用などの生理活性があると期待されていますが、植物の細胞でしか生産されません。また、特にイソフラボンは抗酸化作用や抗ガン作用が顕著です。さまざまな生物のゲノムをため込んでいる放線菌は、フラボノイド化合物を合成する酵素の遺伝子によく似た配列をもっています。このことから、放線菌にフラボノイド化合物関連遺伝子群を導入すれば、人工的にフラボノイドを作らせることができると考えました。最も簡単な微生物として大腸菌を選び、「人工的遺伝子群」を構築して導入すると、植物でしか生産されないはずのフラボノイドやイソフラボンが生産されます。また、植物でも生産できない「非天然型」化合物も生産できます。植物ではフラボノイド化合物は、少ししか生産されません
し、また育つまでに数ヶ月を要します。ところが、微生物は非常に簡単な培地で生育し、朝植えると夕方には集菌（収穫）できます。我々の役に立つ「モノ」作りに、いかに微生物が優れているかを物語っています。

0607

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Researchな問題についての共同戦線を構築できる体制を作ることである。そして一般社会も、メディアに対してときには批判的に、能動的に関わっていく必要がある。科学リテラシーとメディア・リテラシーは、表裏一体をなす。

統

科学離れや理科離れが言われて久しい。その原因のひとつは、科学の専門化が進み、日常生活と東京大学大学院情報学環のつながりが希薄になってしまったことにある。ゲノム科学も、病気や医療、遺伝子組み換え食品

佐倉などわずかな例外をのぞくと、生活との関連は見いだしにくい。しかし、逆に言えば、このような問題を中心に、日常生活とゲノム科学との相互交流回路を作ることは可能なはずである。
すべての科学研究は社会の中で行われている。科学研究とそれ以外の社会（一般社会）との関係日常生活との相互交流といっても、「生活に役立つ」ということだけを意味しているのではない。

は、ここ数十年で大きく変わってきた。ゲノム科学もその例外ではない。ひとことで言うと、専門家

人間とはどういう生き物なのか、自分と他人はどう違うのか、といった、人間観の根本的な問題にだけによる自律的研究が許されていた状況から、一般社会による理解と支持なくしては研究が成りついて、ゲノム研究の知見を適用しながら論を展開することも、日常生活と科学との交流であるは立たないという状況への変化である。

ずだ。

かつては、科学者という専門家が専門的知識に裏打ちされた技能をもって、研究テーマや研究推進の方向、成果の発表などを司っていた。いわゆる「専門家自治」である。
しかし、いくつかの複合的な要因──二度の世界大戦とそれへの科学者の社会的責任、冷戦構造

今までは宗教や哲学や芸術が担っていたこのような領域についても、自然科学の知見を踏まえた展望が、もはや欠かすことができなくなっている。21 世紀は、科学が宗教の基盤を受け持つ時代でもある。ゲノム科学は、その中でも大きな役割を担っている。の解体、高度知識社会の出現など──によって、単純な専門家自治はもはや成り立たなくなった。
一般社会と専門家集団が、コミュニケーションしながら科学研究の目的と方向性を決めていく時代になったのである。
もちろん、科学研究は高度に専門的な領域である。専門家でない一般社会の人たちには、その専門的意義や妥当性を判断することはできない。そこは専門家がするべきことである。だが、その研究の社会的意義や社会的妥当性については、一般社会の人たちにこそ、判断する能力と権利がある。
重要なことは、どこまでを専門家が判断し、どこからが一般社会の判断すべき内容なのか、その明確な線引きを行うことである。専門的な事柄に非専門家が介入するのは避けるべきだし、社会的な意義付けについて、専門家が独断で判断すべきでもない。科学者はときに、基礎研究の社会的意義が理解されないと嘆くが、もしそうだとすれば、それはそのような理解を求めてこなかった専門家の努力不足が原因である。

このような状況にあることを前提とすれば、専門科学者集団と一般社会をつなぐ存在として、メディアの役割が重要である。えてして、科学者はメディアの理解不足を批判するが、メディアは科学者のプロパガンダではない。ときに批判的な言説が登場するのも、当然である。
重要なことは、異なる文化圏としての科学とメディアが、相互にコミュニケーションしつつ、重要08

09

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加藤 和人
京都大学人文科学研究所／大学院生命科学研究科

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New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research016017

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

辻省次

東京大学大学院医学系研究科

ヒトのゲノムの全容が解明された現在、 医療にとってゲノムの情報は必要不可欠のものになりました。ゲノム研究により、 様々な病気の原因が着実に明らかになってきており、治療法の糸口が発見されつつあります。 一方、 ゲノムの解
析技術の発展も目覚ましいものがあり、特に、DNA チップの出現に伴い、 大量のゲノム

図1解析を高速に行うことが可能になってきました。 我々は、DNA チップの技術を用いて、次の 3 つの研究を進めています。第一は、原因不明の神経難病の原因究明を目指して、病気の方のゲノムと病気でない方のゲノムを比較することにより、病気のなりやすい体質を明らかにする「関連解析」という研究です。第二は、原因が特定された病気における病態の解明と治療法の開発に向けた研究で、動物モデルを用いて遺伝子発現を詳細に解析することで、治療のターゲットを探索しています。第三は、解析技術の発展を実際の医療に役立てるための研究で、独自の DNA チ

図2

遺伝子解析チップップを設計して、これまで大変な労力が必要だった遺伝子診断を、高速にかつ大量に行うためのシステムを構築し、臨床応用を始めています。

018019

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

永井 良三
東京大学医学部附属病院循環器内科ゲノム研究の成果を、実際の医療の世界で活用するためには、単にゲノムの情報を収集・分析するだけではなく、患者さんの病気に関する症状や、さまざまな検査の情報と比較し、その「意味」について深い分析を行っていく必要があります。臨床現場で日々発生する病気に関する情報を、体系的に管理・分析する情報基盤を構築することで、ゲノムの違いと、病気の状態を比較することが可能となります。
例えば、狭心症や心筋梗塞といった心臓の病気のときに、詰まった血管をステントという金網の図 2 心臓カテーテルシステム
心臓の血管の詰まりを見る検査のときに、詳しい情報を解析するシステムです。

ような器具で広げる治療を行いますが、なかにはもう一度血管が詰まってしまう場合があります。ス
テントを用いた治療が成功するかどうか、また、うまくいかない場合にも再び血管が詰まるまでの時間や、詰まり方には個人差があることが知られています。この情報基盤を用いて患者さんの体質の展示担当者情報（ゲノム情報）と、病気の状態（臨床情報）を比較して、ゲノムのタイプによる治癒や再発の真鍋一郎 manabe-tky@umin.ac.jp

仕方の個人差（体質差）を知ることで、個々の患者さんにもっとも適した治療（テーラーメード医

なお、展示当日は参加できないため、他に担当を決める予定です。

療）を選んでいくことができると考えています。

図 1 診療ナビゲーションシステム
今病院にかかっている患者さんのなかで糖尿病と心臓の病気の関係がどうなっているかをすぐにグラフにすることができます。

020021

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

堀之内末治

木村 彰方

東京大学大学院農学生命科学研究科

東京医科歯科大学難治疾患研究所

土壌中にカビのように生育する放線菌には、さまざまな形態を示す多くの種が知られています。一

ヒトゲノムの機能には個人差（ 多様性）

匹の放線菌は、自らの生存には直接関係しない物質（二次代謝産物）を約 30 種も作りだしていますがあります。このゲノム機能の個人差は、遺（作り出される物質の種類や量は、放線菌ごとに違います）。最も有名なものは、人類を感染症や結伝子やタンパクの機能にとって重要なところ

核の脅威から救った抗生物質（ペニシリン、ストレプトマイシン）を作り出す放線菌。また、寄生にも存在しますので、それぞれの遺伝子やタ虫を駆除する効果、コレステロール値を下げる薬を作る放線菌なども知られています。こうしたさまンパクの働き方が個人ごとに少しずつ違いまざまな物質を作り出す力を利用すると、化学合成では難しい低分子の有機化合物や新しい薬の候補す。また、病気への罹りやすさにも個人差がを作らせることができます。

ありますが、このことはゲノムの多様性と関放線菌が保有する複雑な化合物を合成する酵素遺伝子を利用すると、たとえば植物でしか生産さ係していると考えられています。しかし、ゲれないフラボノイドやイソフラボンを微生物に作らせることができます。イソフラボンは、ダイズなノムのどこにあるどのような多様性がそれぞどに多く含まれ、抗ガン剤や健康増進剤としても注目されています。導入する遺伝子の配列を改変れの病気に関係しているかについては、まだすることで、天然型の化合物と少しだけ構造の異なる物質を生産することも可能になっています。

分からないことがたくさんあります。私たちが主に研究しているのは、誘因なく心臓が肥大（肥大型

これらの化合物は新しい薬の候補となります。

心筋症）あるいは拡大（拡張型心筋症）して、突然死や心不全などの症状が出る特発性心筋症、特

展示担当者

大西康夫

ayasuo@mail.ecc.u-tokyo.ac.jpに誘因なく不整脈を発症し、突然死を来たすことがある特発性不整脈、心臓の血管が細くなって詰鮒

anuf@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp

まってしまう心筋梗塞などの心臓病です。病気の原因や症状の出方に関連するゲノム多様性を発見

信学し、 その機能変化を明らかにするために行っている研究を紹介します。 どんなことが分かってきているのか、 将来どんなことが可能になるのかなど、 なんでも質問してください。
展示担当者

白血球の遊走血小板の 白血球の泡沫細胞
内皮細胞 白血球 平滑筋細胞 の形成 T細胞 接着と 接着と侵入の接着性 の接着性活性化 活性化の遊走血管内皮細胞の透過性亢進

日野原邦彦
図1022

放線菌コロニーの写真

図 2 ストレプトマイシンを生産する放線菌の胞子の電子顕微鏡写真（博士課程学生）
hinohara.bio@tmd.ac.jp

マクロファージの集積

フィプラス
プラーク フィプラス プラーク内壊死巣核 キャップ
キャップの 小血管から破裂の形成 形成
出血の非薄化023

井ノ上逸朗

山縣然太朗

林

東海大学医学部基礎医学系

山梨大学大学院医学工学総合研究部

工学院大学工学部

2003 年に、ヒトゲノム計画によってヒトに共通する全「ゲノム研究」というと、研究室にこもって、何か（人間以外の）生き物や、そうじゃなければ目ゲノム塩基配列が決定されました。ワトソンとクリック

真理に見えない大きさの細胞を相手に、「実験」をしているというイメージがありませんか？

が DNA 二重らせん構造を発表してからちょうど 50 周年

実は、それだけではないのです。「社会との接点」についての研究班では、現在の日本社会が、ゲ記念の年でした。ヒトに共通したゲノム配列が明らかにノム研究や遺伝子について、どんなふうに理解し、考えているかについての研究を行いました。そうなった今、次に私たちが興味を向けるのは個々人のゲノいった結果を、ゲノム研究の専門家が理解し、今後の研究やその他の取り組みに生かすことも大切

ム配列の違いです。ゲノムの個人差によって顔かたち、だからです

性格、病気のかかりやすさに違いがでます。それを解く

今回は、「ゲノムのイメージ」に関する調査を紹鍵になるのが「一塩基多型」で個々人の塩基配列の違介します。一つは国内在住の皆さん 2000 人以上にいを示します。略して「SNP（スニップ）」です。

回答していただいたアンケートをもとに、ゲノム研全く知らなかったゲノムに関する様々秋山

康一（PD）kakiyama@is.icc.u-tokai.ac.jp

ゲノムの理解度（ゲノムリテラシー）

男性
低い

中程度

高い換する「願いが叶うゲノムの木」があります。
ゲノム研究の未来、あなたの未来はどうなっ農ゲ 作ノ 物ム に研 応究 用
されるて欲しいですか、ぜひ積極的に書き込んでいって下さい。
図2

図1

医ゲ 療ノ にム 応
研 用
究 されるン

鎖シ
キ物

オイ
ダ

図 1 「ゲノム」という言葉を知らない人が約 30 ％ゲノム研究推進のオッズ比な思いやイメージを交連

え換子
伝遺展示担当者る用意もしました。

ゲノム
基礎
研究

ゲノム研究推進のオッズ比究しています。この「ゲノムひろば」では SNP と脳動脈瘤の関係について最新の研究成果をご紹介

食さらに、見て楽しむだけでなく、参加して楽しめ

体

私たちの研究室は、生活習慣病の中でも特に、脳の血管にできるこぶ＜脳動脈瘤＞に注目して研組からんでよく用いられる言葉を抽出したものです。

色

一つのSNP は病気との関連がみえないのに、組み合わさることで発症しやすさが増すことがあります。

染した。もう一つは、ブログを分析して「遺伝子」にAります。つまり、ある SNP をもっている人は 2 倍病気にかかりやすいといったことです。さらに、一つ子ゲノム研究に期待を寄せる人が多いことがわかりまDNになって発症することが多いのですが、SNP のあるなしによって発症する危険度が増加することもあ伝「ゲノム」という言葉を知らない人が多い、一方で、ム

煙や食生活、運動不足など生活習慣の積み重ねが原因します。

024

聞いたことがある

究に対する賛否や理解などを分析したものです。

遺図1

ノ

高血圧や糖尿病に代表される生活習慣病は、主に喫意味を理解しているゲ

New Research Initiatives in Medicine andMicrobiology based on Genome Research

女性
低い 中程度 高い

農
ゲ作ノ物
ムに
研応
究用
さ
れる

医
ゲ 療ノ にム 応
研 用
究 される

ゲノム
基礎
研究

ゲノムリテラシーと研究推進は関連がある

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