国立遺伝学研究所 マウス研究支援ユニットは、遺伝子改変マウスの作製支援を開始しました。

詳細および申込： https://shigen.nig.ac.jp/mouse/researchSupportingUnit/

近年の遺伝子編集技術の発達により遺伝子ノックアウトマウスの作製が以前よりも容易になりました。そのことを受けて研究コミュニテイではマウスをモデルとした遺伝子機能解析実験の需要が高まっています。しかし、マウスの作製・維持には遺伝子組換実験が認可された動物実験施設と高度な動物作製技術が依然として必要です。

大学共同利用機関法人 国立遺伝学研究所 マウス研究支援ユニットは、大学等の公的研究機関からの需要に応えるため、遺伝子改変マウスの作成を共同研究の一環として支援します。

共生細胞進化研究部門・宮城島研究室

真核細胞内で呼吸の場となるミトコンドリアや光合成の場である葉緑体は、バクテリアが真核細胞内に共生することによって誕生しました。

バクテリア細胞が宿主である真核細胞内に永続的に維持され、細胞内小器官へと変遷していくためには、バクテリア細胞の分裂が宿主細胞の分裂に同期される必要があります。この分裂を同調化させるメカニズムの解明は、真核細胞の誕生を理解する上でも重要ですが、その知見は長い間得られていませんでした。

これまでに私たちは、葉緑体は、葉緑体中央に形成される細胞核コードのタンパク質群からなるリングが収縮することによって分裂することを明らかにしてきました。多くの藻類細胞は1ないし数個しか葉緑体をもたず、葉緑体は宿主細胞周期の決まった時期に一度だけ分裂することが知られています。私たちは、このような藻類細胞では、葉緑体分裂リングを構成するタンパク質群が宿主細胞周期のS期のみに発現することにより、葉緑体分裂の開始がS期に限定されることも示してきました。しかし一回の細胞周期に葉緑体分裂が一回に限定される仕組みは不明でした。

今回私たちは、単細胞紅藻シアニディオシゾンにおいて開発した導入遺伝子誘導発現系を用いて葉緑体分裂を停止させたときの宿主細胞周期への影響を調べました。その結果、葉緑体分裂位置の収縮前に分裂を停止させた場合には宿主細胞周期がM期前期で停止すること、収縮開始後に分裂を停止させた場合には宿主細胞周期は停止しないことがわかりました。これらの結果は、葉緑体分裂がひとたび開始すると、細胞周期が葉緑体分裂リング構成タンパク質群の発現を終えるM期中期まで進行し、その結果葉緑体分裂が1回に限定されることを示しています。また、葉緑体分裂と宿主細胞分裂の同調化は、宿主細胞による葉緑体分裂リング形成時期の限定と、葉緑体分裂リングの収縮開始による宿主細胞周期のM期中期以降への進行許可という、宿主細胞と葉緑体双方による制約の掛け合いによって成立していることもわかりました。さらに同様の実験結果が、葉緑体誕生後初期に分岐した灰色藻でも認められたことから、このような葉緑体と細胞の分裂同調化メカニズムは藻類の共通祖先で葉緑体誕生時に獲得されたものであることも示唆されます。

宿主真核細胞と葉緑体の相互作用による分裂同調化機構。葉緑体分裂はその中央に形成されるリング状装置の収縮によっておこる。この装置はそれぞれ核コードの、シアノバクテリア由来のFtsZ（赤）、宿主由来のダイナミン（青）等で構成される。宿主細胞は、葉緑体分裂リング構成タンパク質の発現、葉緑体分裂開始を自身のS期に限定する。一方で葉緑体分裂リング収縮は宿主細胞のM期前期停止を解除する。

プレスリリース資料

基礎生物学研究所の星野敦助教、慶應義塾大学理工学部の榊原康文教授、九州大学大学院理学研究院の仁田坂英二講師らは、日本独自の研究資源であるアサガオの全ゲノム配列をほぼ完全に解読することに成功しました。アサガオが約43,000個の遺伝子をもっていることや、その多彩な品種を生み出すもとになった動く遺伝子（トランスポゾン）のゲノム上の分布状況、「渦」と呼ばれる変異の原因遺伝子なども新たに判明しました。アサガオは日本伝統の園芸植物であり、花色や形態形成などの分子遺伝学的な解析材料としての重要性から、活発に研究されています。今回の成果によりゲノム情報基盤が整備されたことで、アサガオがモデル植物として世界中のより多くの研究者に活用されることが期待されます。本研究成果は2016年11月8日に国際学術誌 “Nature Communications”（ネイチャー・コミュニケーションズ）に掲載されます。本研究は文部科学省科学研究費新学術領域研究「ゲノム支援」（代表：小原雄治 国立遺伝学研究所）の一環として実施されました。

国立遺伝学研究所　生命情報研究センター比較ゲノム解析研究室　豊田敦特任教授、先端ゲノミクス推進センター　藤山秋佐夫特任教授、野口英樹特任准教授らのグループは第2世代、第3世代シーケンサーを駆使して全ゲノムデータを提供するとともに、断片化したDNA配列の再構築に関する技術サポート、BACライブラリの両端ならびに全長配列の決定、遺伝子多型解析などに用いられるRad-seqサンプルの配列決定などで本研究に貢献しました。

図１　さまざまな色とかたちのアサガオ

図２　左：全ゲノム解読を行ったアサガオの実験系統、東京古型標準型。 右：変化アサガオ「渦小人」

太田博士の主な業績は、集団遺伝学分野で「ほぼ中立説」という理論を確立したことです。１９６０年代には、より生存に有利なものが生き残るという自然選択（淘汰）説が広く受け入れられていましたが、当時遺伝研集団遺伝部長であった木村資生 遺伝研名誉教授は、生物集団内に広まる突然変異のほとんどは有利でも不利でもないとする「中立説」を提唱しました。太田博士は木村博士の共同研究者として中立説の確立に貢献しました。さらに太田博士は、中立説だけではつじつまの合わない現象を説明するために、生存に少しだけ不利な弱有害変異という考え方を導入した「ほぼ中立説」を確立しました。この理論は、現在の最先端研究にも大きな影響を与えています。

クラフォード賞授賞式がおこなわれました

太田朋子名誉教授の「ほぼ中立説」、クラフォード賞受賞

クラフォード賞受賞の発表ページ（Royal Swedish Academy of Science）

太田名誉教授のクラフォード賞受賞について (PDF/1.4MB）

遺伝学の先達　太田朋子先生インタビュー

プレスリリース資料

真核生物における長大なゲノムDNAは、ヌクレオソーム、さらにはクロマチンを形成することによって極小な細胞核に収納されています。国立遺伝研の野崎慎（元･特別共同利用研究員/慶応大）、前島一博教授らは、生きている細胞のヌクレオソームを1分子レベルで観測することで、クロマチンの動的な性質の理解に努めてきました（図左）。ヌクレオソームの動きはブラウン運動のように、主に熱ゆらぎによって支配されていますが、実際に観察された動きはブラウン運動から予想される動きよりもはるかに小さく、これまで理論的に説明するモデルがありませんでした。今回、広島大学の新海創也助教、富樫祐一准教授らは、このヌクレオソームの動きを説明するための数理モデルを考案し、その動態を表現する理論式を導出しました。この理論式には、クロマチンの構造を表すパラメータが含まれているため、ヌクレオソームの動きからクロマチンの構造を理解できることが、理論的に明らかになりました。（図右）。そして、これまで観察されていたヌクレオソームの動きの違いは、クロマチン構造による拘束の違いに起因することが分かりました。さらに、実際に理論式と実験データを比較することによって、生細胞のヌクレオソームの動きからクロマチンの構造情報を得ることにも成功しました。

本研究での数理モデルに基づく解析を展開することで、クロマチンの「構造」と「動態」の関係性、さらに両者が支配する遺伝子発現調節機構の解明につながることが期待されます。

本研究は広島大学大学院理学研究科・クロマチン動態数理研究拠点との共同研究です。新学術領域「少数性生物学」のサポートを受けました。

生きた細胞の核内のヌクレオソームを1分子レベルで観察した(左)。ヌクレオソームはクロマチン構造によって制限された中、ゆらいでいる(右)。ヌクレオソームの動きに対して、数理モデルを適用することで、クロマチン構造情報を得ることができる。

プレスリリース資料

　国立遺伝学研究所 形質遺伝研究部門（岩里研究室）の羅研究員（元総合研究大学院大学大学院生）と水野助教らは、脳の細胞中で遺伝子機能を解析するための、新規ベクターシステム「Supernovaシリーズ」を開発しました。このシステムは簡便かつ高性能で、幅広い用途に適用できます。

　哺乳類の脳は、無数の神経細胞（ニューロン）が複雑なネットワーク（神経回路）を作ることで、様々な機能を生み出しています。脳の中に高密度で存在するニューロンから一部だけをランダムに選んで標識し、その細胞のみで目的の遺伝子をノックアウトすることができれば、脳の神経回路が形成され、機能するしくみを細胞レベル、分子レベルで理解することにつながります。しかしながら、これまでにまばらな細胞標識と遺伝子ノックアウトの両方を効率よくできるシステムはありませんでした。

　本成果のSupernova法では2種類または3種類のベクターを組み合わせて細胞に導入するだけで、少数の細胞のみを蛍光タンパクで可視化できるとともに、可視化された細胞だけで目的の遺伝子をノックアウトすることが可能となります。遺伝子ノックアウトには、floxマウスとよばれる遺伝子組換マウスを用いる手法に加え、ゲノム編集の手法（TALENとCRISPR/Cas9）も利用できるようになり、Supernova法は広範なモデル生物に使うことができます。また、ベクター導入にウイルスを用いる手法も利用できるので、脳以外の組織にも用いることができます。本手法によって遺伝子改変による細胞の挙動などの変化を追跡することが可能です。

　今回開発された手法は神経科学にとどまらない幅広い生命科学分野で、単一細胞における遺伝子機能解析に貢献することが期待されます。

　本研究は、情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 形質遺伝研究部門（岩里研究室）にて、羅ブンジュウ研究員（元総合研究大学院大学大学院生）と水野秀信助教が中心となり、岩田亮平博士（同）、中沢信吾氏（総合研究大学院大学大学院生）の協力のもとおこなわれました。AAVを用いたシステムの構築では、理研脳センター 行動遺伝学技術開発チーム［安田光佑博士（元研究員）、糸原重美博士（シニアチームリーダー）］の協力を受けました。この研究は新学術領域研究（「スクラップ＆ビルド」、「適応回路シフト」）など科研費の支援を受けて行われました。

Supernova法のしくみ：2種類のSupernovaベクター（ベクター１、ベクター２）を組み合わせて脳に導入することで、ベクター１とベクター２を取り込んだ細胞のうちの一部でのみ正のフィードバックにより蛍光タンパクの発現の増幅が起こり、強い蛍光を発する。floxマウスと呼ばれる遺伝子組換マウスを用いるとCre/loxP法で目的の遺伝子をノックアウトできる。また、TALENやCRISPR/Cas9法を利用したベクター３を導入すれば、遺伝子組換動物を用いずに目的の遺伝子をノックアウトすることもできる。ベクターは、子宮内電気穿孔法あるいはアデノ随伴ウイルスを用いて導入する。