遺伝子とゲノムの操作法

工学部

赤田倫治

6月27日2007年

研究とはなにか？

自分にしかできないこと

オリジナリティ

Originality

2006：ＲＮＡ干渉ANDREW Z. FIRE, and CRAIG C. MELLO for their discovery of RNA interference - gene silencing by double-stranded RNA 2005：ヘリコバクター・ピロリBARRY J. MARSHALL, and J. ROBIN WARREN for their discovery of the bacterium Helicobacter pylori and its role in gastritis and peptic ulcer disease. 2004：においレセプターRICHARD AXEL, and LINDA B BUCK for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system 2003：核磁気共鳴画像化法PAUL C. LAUTERBUR, and SIR PETER MANSFIELD for their discoveries concerning magnetic resonance imaging. 2002：器官発生とプログラム細胞死SYDNEY BRENNER, H. ROBERT HORVITZ and JOHN E. SULSTON for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death. 2001：細胞周期LELAND H. HARTWELL, R. TIMOTHY HUNT and PAUL M. NURSE for their discoveries of "key regulators of the cell cycle." 2000：神経系の情報伝達ARVID CARLSSON, PAUL GREENGARD and ERIC KANDEL for their discoveries concerning signal transduction in the nervous system. 1999：タンパク質細胞内輸送と局在化GÜNTER BLOBEL, for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell. 1998：一酸化窒素の発見ROBERT F. FURCHGOTT, LOUIS J. IGNARRO and FERID MURAD for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular system. 1997：プリオンSTANLEY B. PRUSINER for his discovery of Prions - a new biological principle of infection

ノーベル医学・生理学賞

2006：　転写の分子機構ROGER D. KORNBERG for his studies of the molecular basis of eukaryotic transcription. 2005：　有機合成YVES CHAUVIN, ROBERT H. GRUBBS , and RICHARD R. SCHROCK for the development of the metathesis method in organic synthesis. 2004：　ユビキチンを介するタンパク分解AARON CIECHANOVER, AVRAM HERSHKO , and IRWIN ROSE for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation 2003：　細胞膜のチャンネル分子PETER AGRE, for the discovery of water channels RODERICK MACKINNON for structural and mechanistic studies of ion channels. 2002：　生体高分子の同定と構造解析法JOHN B. FENN, and KOICHI TANAKA, for their development of soft desorption ionisation methods for mass spectrometric analyses of biological macromolecules KURT WÜTHRICH for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution. 2001：　不斉触媒WILLIAM S. KNOWLES, and RYOJI NOYORI, for their work on chirally catalysed hydrogenation reactions K. BARRY SHARPLESS for his work on chirally catalysed oxidation reactions. 2000：　電導性ポリマーALAN J. HEEGER, ALAN G. MACDIARMID, and HIDEKI SHIRAKAWA for the discovery and development of conductive polymers. 1999：　化学反応の遷移状態の研究AHMED ZEWAIL for his studies of the transition states of chemical reactions using femtosecondspectroscopy. 1998：　分子の構造や性質、化学反応の量子化学的な計算手法の研究WALTER KOHN for his development of the density-functional theoryJOHN A. POPLE for his development of computational methods in quantum chemistry. 1997：　アデノシン三リン酸 合成の基礎となる酵素機構の解明PAUL D. BOYER and JOHN E. WALKER for their elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP) JENS C. SKOU for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+, K+-ATPase.

ノーベル化学賞

Physics: 1903 Marie Sklodowska Curie 1963 Maria Goeppert Mayer

Chemistry: 1911 Marie Sklodowska Curie 1935 Irene Joliot-Curie 1964 Dorothy Crowfoot Hodgkin

Physiology 1947 Gerty Radnitz Cori & Medicine: 1977 Rosalyn Sussman Yalow

1983 Barbara McClintock 1986 Rita Levi-Montalcini 1988 Gertrude Elion 1995 Christiane Nusslein-Volhard 2004 Linda B. Buck

ノーベル賞受賞女性研究者

？生理学医学賞が多いのはなぜ？

Physics: 1903 Marie Sklodowska Curie 1963 Maria Goeppert Mayer

Chemistry: 1911 Marie Sklodowska Curie 1935 Irene Joliot-Curie 1964 Dorothy Crowfoot Hodgkin

Physiology 1947 Gerty Radnitz Cori & Medicine: 1977 Rosalyn Sussman Yalow

1983 Barbara McClintock1986 Rita Levi-Montalcini 1988 Gertrude Elion 1995 Christiane Nusslein-Volhard 2004 Linda B. Buck

ノーベル賞受賞女性研究者

1983-11-07 (November 7, 1983)

バーバラ・マクリントック

「動く遺伝子の発見」

動く遺伝子エブリン・フォックス・ケラー石館・石館訳晶文社

メンデル遺伝学

メンデルの法則：1886年

遺伝を規定するものは粒子のようなもの

　メンデルの没後、彼が発見した法則は、1900年に3人の学者、ユーゴー・ド・フリース、カール・コレンス、エリッヒ・チェルマクにより再発見された。

その頃の1902年が始まり

1907

5歳

1902年

6月16日

生まれ

バーバラ・マクリントック

アメリカコネチカット州ハートフォード

父：　トーマス　ヘンリー　マクリントック

From left to right: Mignon, Malcolm Rider "Tom", Barbara, and Marjorie. ca. 1907

バーバラ

コーネル大学

19世紀初頭女性が高等教育を受け始めた頃

アメリカのニューイングランド地方（東海岸の北の州のいくつか）女性に特別の便宜をはかっている大学が

シカゴ大学とコーネル大学

コーネル大学　1927年　203人の学士のうち74人が女性

女性参政権アメリカ1920年，日本：1945年，イラク：2005年アメリカ市民権法：1964年

1920年代

1919年コーネル大学農学部に入学

1923年卒業記念写真

Faculty in the Plant Breeding Department, Cornell University

大学院時代の研究

大学院二年になる頃アルバイトで細胞学者の手伝いトウモロコシの染色体を識別する方法を発見

10本の染色体それぞれの形，長さ，構造が違う染色体の挙動を分析する方法となる。

トウモロコシによる細胞遺伝学ができるようになった。遺伝的マーカーが個々の染色体のどこにあるか？

細胞遺伝学

染色体と遺伝との関係

遺伝子とＤＮＡと染色体

ATGGTCGCGTGGTGGTCTCTATTTTACCTGCGCACCACCAGAGATAAA

DNAのイメージひもの中に字が書いてある

ローズ エマーソン

ビードル

バーバラ

一遺伝子一酵素説（後に）

Beadle, George W., and Barbara McClintock. "A Genic Disturbance of Meiosis in Zea Mays." Science, (2 November 1928): 433.

McClintock, Barbara. "A Cytological and Genetical Study of Triploid Maize." Genetics 14, (March 1929): 180-222.

McClintock, Barbara. "A 2N-1 Chromosomal Chimera in Maize."Journal of Heredity 20, (1929): 218.

McClintock, Barbara, and Henry E. Hill. "The Cytological Identification of the Chromosomes Associated with the 'R-golden' and'B-liguleless' Linkage Groups in Zea Mays." Anatomical Record 44, (1929): 291.

McClintock, Barbara, and Henry E. Hill. "The Cytological Identification of the Chromosome Associated with the R-G Linkage Group in Zea Mays." Genetics 16, (March 1931): 175-190.

Creighton, Harriet B., and Barbara McClintock. "A Correlation of Cytological and Genetical Crossing-Over in Zea Mays." Proceedings of the National Academy of Sciences 17, (1931): 492-497.

McClintock, Barbara. "The Order of the Genes C, Sh, and Wx in ZeaMays with Reference to a Cytologically Known Point in the Chromosome." Proceedings of the National Academy of Sciences 17, (1931): 485-491.

トウモロコシの減数分裂時の

染色体

Education and Research at Cornell, 1925-1931

染色体と遺伝マーカーとその挙動に関する研究

遺伝子や遺伝を染色体としてみることができるようになった。この時代にはまだ遺伝子がＤＮＡであることはわかっていない。

1925（修士2年） 23才1927（博士号） 29才

From Ithaca to Berlin and Back Again, 1931-1935

合衆国学術推進協会から助成金

今でいうポスドクとしてミズーリ大学，カリフォルニア工科大学，コーネル大学を渡り歩く

Ｘ線による突然変異の研究

染色体の転座，逆位，欠損，環状染色体を発見

染色体の転座

ガンの原因

核小体とその近くの特徴的な小体との関係。

核小体オーガナイザーと呼んだ。いまでいうリボソーマルＤＮＡ

1933-34 --Fellow, Guggenheim Memorial Foundation; conducts research at Kaiser Wilhelm Institute, Berlin, and Botanical Institute, Freiburg(Germany)

ドイツベルリンで研究

1933年 1月　ヒトラー政権発足3月　独裁体制確立10月 国連脱退

ユダヤ人の迫害などで，疲れてその年のクリスマスには帰国定職なし1936年には何も発表していない。

Breakage-Fusion-Bridge: The University of Missouri, 1936-1941

1936年（34才）ミズーリ大学で助手ポスト

破壊された染色体の修復様式の研究切断，融合，架橋のサイクル

ポストに昇進の機会はなく，教職員会議からも除外

1939年にはアメリカ遺伝学会の副会長に選出

1941年には退職願を出して給料も受け取らず飛び出す。

　「大事なことはほかとは違っている一粒のトウモロコシに目を注ぐ能力を発達させ，この違いを理解できるものにすること」

　もし｢どこか」辻褄が合わないとしたら，何か理由があるのです。

　現在主流となっている問題の焦点のおき方が数量性にあり，違いというものを例外や，異常や，何かの間違いによると考えるようにしむける。　彼らは，あちこちで起っているできごとを見逃す。

February 1938

36才

ローズに相談

バーバラ

Controlling Elements: Cold Spring Harbor, 1942-1967

1941年　ワシントンカーネギー研究所から援助

コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー

夏用の研究施設（リゾート地のようなところ）

給与，トウモロコシを育てる場所，実験室，家を提供ここに落ち着くことになる

ビードルスタンフォード大学でアカパンカビの研究

1944年ビードルから共同研究の誘い。

アカパンカビの細胞学

二ヶ月で仕上げた

Neurosporaアカパンカビ

トウモロコシ

同一倍率

1944年合衆国科学アカデミー会員に女性では3人目

同年　アメリカ遺伝学会の会長に　

1944年　エイブリーらの研究により遺伝物質はＤＮＡと

1947-03-26 (March 26, 1947)

Portrait of McClintock in a Cold Spring Harbor laboratory in 1947.

1947-03-26 (March 26, 1947)

McClintock arrived at Cold Spring Harbor on Long Island in 1941 and spent most of her remaining research years at the facility. 　ca. 1950s

Description: This plate was included on page 23 of McClintock's article in the "Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology" in 1951. Article includes caption.

遺伝的に不安定な性質に注目

成長の初期に生じた変異なら大きなまだら遅れて生じた変異なら小さなまだら

まだらのパターンで発生の時期がわかる固有の変異率を示す。

そのなかでも例外が存在

その例外に注目

まだらの組織にもたまに生じるセクターの示す変異率は全体の変異率とは異なっていた。ここに鍵があると直感してすべてをここに集中させた

二年後Ds-Acシステム

解離因子と活性化因子

転移の証拠

全体として6年を要した。規則正しくマーカーが失われる

knob

centromere

Ds break

1950年転移に関する論文を発表

1951年コールドスプリングハーバーシンポジウムで講演

1953年Ｇｅｎｅｔｉｃｓ誌へ発表

1956年コールドスプリングハーバーで講演

分子生物学

ショウジョウバエ↓微生物↓ファージ

バクテリオファージの夏の学校コールドスプリングハーバーで1947年から1948年に大学院生ワトソンも参加。

1953年　ワトソンとクリックのＤＮＡ2重らせん構造1957年　クリックのセントラルドグマ

分子遺伝学の誕生→古い遺伝学が無用になった？

1965年に転移の発表を再び→ダメ

でもだんだんゲノムの安定性に対する変化が認識されはじめた

1960年代終わり大腸菌での特殊な変異トランスポゾン

1972年マクリントックの再発見

1978

1983-12-08 (December 8, 1983)

McClintock giving speech at Nobel Conference

Photograph of Barbara McClintock's ears of corn (five) and a microscope. Smithsonian Institution. National Museum of American History

Barbara McClintock at Cold Spring Harbor

1987-11 (November 1987)

September 2 ，1992 --Dies in Huntington, New York

1992年アメリカ　バーモント大学Janet Kurjan研究室で酵母遺伝学を学んでいた頃。

ca. 1960

終