Annual Review 2007 Volume12 4.寄 稿 4.1機 能 複 合 体 解 析 か ら 迫 る ク ロ マ チ ン 制 御 機 構 と は? 生 体 制 御 情 報 系 准 教 授 田 上 英 明 「全 く分 か ら ん 」 と は 、 私 の ジ ョ ブ セ ミ ナ ー 後 に 言 わ れ た 桑 江 先 生 の 感 想 で あ る。 「先 生 の 仕 事 が ど うい っ た モ ノ か 、 未 だ に よ く分 か ら な い 」 着 任 し て3年 目 に な っ た つ い 先 日、 森 山 先 生 か ら も言 わ れ て し ま っ た 。 私 の 研 究 と は そ ん な に 難 解 な の だ ろ うか?説 明 が 下 手 す ぎ る の だ ろ うか?も しか し た ら 、 や は り中 身 の な い 見 せ か け だ け な の か も しれ な い 。 そ ん な 自 信 を な く し て い る 時 に 「素 人 に も分 か る よ うに 研 究 内 容 を 紀 要 に 書 い て く だ さ い 」 と 渡 邉 先 生 か ら静 か に そ して 断 りを 許 さ な い 強 い 口調 で こ の 原 稿 を 依 頼 され て しま っ た 。 詳 しい 研 究 内 容 は 論 文 と して 発 表 す る と し て 、 私 は ど うい っ た 経 緯 で 研 究 して い る の か 、 これ か ら ど う 展 開 して い き た い の か 、 こ こ で は そ の 背 景 と 決 意 み た い な も の を 下 手 く そ な エ ッ セ イ 風 に 書 き た い 。 「科 学 と い う も の は 全 て 文 章 で 表 さ れ る も の 、 図 や 写 真 で 示 した こ と は 美 しい フ ラ ン ス 語 で 記 述 で き な け れ ば 真 理 に は な らな い 。 」 と フ ラ ン ス 人 は 言 う ら しい 。 私 は フ ラ ン ス 語 は 一 切 で き な い 。 「書 い て な ん ぼ 」 、 「Publish or Perish」 、 「論 文 で た?」 研 究 室 に 入 っ て15年 以 上 、 耳 に タ コ が で き る く らい 聞 か さ れ て い る。 研 究 者 で あ る 以 上 論 文 を 書 く しか 生 き る 道 は な い の で あ る 。 な ん と厳 しい と こ ろ に 来 て しま っ た の だ ろ うか 、 と気 付 い た ら断 崖 絶 壁 を 登 っ て い た 心 境 で あ る(因 み に 私 は 強 度 の 高 所 恐 怖 症 で 、 想 像 し た だ け で 背 筋 が さむ く な る)。 し か し、 今 さ ら後 悔 し て も 始 ま らな い 。 何 し ろ 、 実 験 科 学 は 楽 しい の だ か ら。 好 き な 研 究 が で き て 、 さ ら に 大 学 教 育 に ま で 携 わ れ て 給 料 ま で も ら え る。 こ ん な ハ ッ ピー な 暮 ら しは な い 。 生 物 学 者 に は も と も と昆 虫 少 年 で あ っ た り、 生 物 採 集 が 好 き だ っ た りす る 人 が 多 い が 、 私 は 虫 も 血 も(人 も)実 は 苦 手 で あ る 。 「生 物 」 とい う教 科 も 好 き で は な か っ た の で 、 高 校 で は 履 修 し て い な い 。 生 物(い き も の)は 観 察 す る の は 楽 しい が 、 メ カ ニ ズ ム は とて も 複 雑 そ うで き れ い な 数 式 で 近 似 し に く い 、 博 物 学 的 で 論 理 的 で な い 文 系 の 科 目 だ(と 思 っ て い た)。 数 学 や 理 論 物 理 学 の よ う な 美 し い 科 学 に 憧 れ た が 、 最 も 点 数 が 取 れ た 科 目は 国 語 と社 会 だ っ た の だ か ら私 も全 く論 理 的 で な い 。 恐 ら くDNAと か バ イ オ と か 言 う言 葉 に 踊 ら され た の だ ろ う。 当 時 で き た ば か りの 「分 子 生 物 学 科 」 と い う名 前 に 憧 れ て 名 古 屋 に 来 た の で あ る 。 生 物 を 学 ぶ 上 で 受 精 や 発 生 ほ ど ダ イ ナ ミ ッ ク で 面 白 い 現 象 は な い 。 自分 も ま た 生 物 で 、 後 に 一 人 の 父 親 と して 生 命 の 素 晴 ら し さ を 思 い 知 る こ と に な っ た が 、 学 生 の 時 は 生 命 を 現 象 論 で は な く分 子 の働 き と して 理 解 した い と い う分 子 生 物 学 の 要 素 還 元 主 義 に す っ か り洗 脳 され て い た 。 最 も単 純 な モ デ ル 生 物 で あ る 大 腸 菌 を 対 象 に 遺 伝 子 発 現 調 節 機 構 の 研 究 を 始 め た の で あ る 。 こ の 時 以 来 、 「如 何 に して 遺 伝 情 報 が 生 体 機 能 に 展 開 され る の か?」 と い う命 題 が 一 貫 した 私 の 研 究 テ ー マ で あ る と言 っ て よ い 。 そ の 当 時 で も既 に 大 腸 菌 研 究 の 一 大 隆 盛 期 は 過 ぎ 、 よ り高 等 生 物 を 用 い た 分 子 生 物 学 が 盛 ん に な り始 め て い た 。 最 も 良 く研 究 され て き た 大 腸 菌 ラ ク トー ス オ ペ ロ ン の 系 で 転 写 因 子 CRP(cAMP受 容 タ ン パ ク質)とRNAポ リ メ ラ ー ゼ を使 っ て 試 験 管 内 で 転 写 調 節 の 分 子 メ カ ニ ズ ム を 探 る とい う針 の 穴 に 糸 を 通 す よ うな 精 密 実 験 を 繰 り返 し行 う うち 、 どん ど ん 深 み に 嵌 っ て 行 っ て し ま っ た 。 「高 級 テ ク ニ シ ャ ン 」 と い うあ ま り嬉 し く な い 陰 口 も 聞 こ え て き た 。 し か し、 次 第 に 生 化 学 的 に 転 写 制 御 機 構 を 詰 め て い く手 法 に 限 界 、 閉 塞 感 を 感 じ る と と も に 、 これ が 生 物 な の だ ろ うか?と い う疑 問 も 抱 く よ うに な っ た 。 も う一 度 違 う分 野 で 自分 の 力 を 試 した い 、 と決 意 して 渡 米 し、 ヒ ト培 養 細 胞 を 用 い た ク ロ マ チ ン制 御 研 究 に 着 手 した 。 初 め て 大 腸 菌 以 外 の 生 物(と い っ て も 細 胞 だ が)を 取 り扱 い 、 顕 微 鏡 で き ら き ら輝 く癌 細 胞 を 見 て 、 き れ い だ と思 っ た 。 細 胞 が よ く 育 つ よ うに 毎 日世 話 す 41
Annual Review 2007 Volume 12 る の は 楽 し か っ た が 、 ヘ テ ロ ク ロマ チ ン 再 構 成 を 目指 し た 最 初 の1年 は な か な か め ぼ し い デ ー タ が 出 な か っ た。 こ の 先 、 研 究 者 と し て 生 き て い け る の か と い う不 安 以 前 に 、 既 に 家 族 も い て 来 年 の 給 料 を ど う し よ うか と常 に 悩 ん で い た 。 小 さ な 自信 を 取 り戻 した の は 、 半 月 ほ ど 単 身 ニ ュ ー ジ ャ ー ジ ー の 別 の 研 究 室 に 習 い に 行 っ た 精 密 な 試 験 管 内 で の ク ロ マ チ ン 転 写 実 験 だ っ た 。 や は り餅 は 餅 屋 で 、 き れ い な 生 化 学 実 験 が で き る 「高 級 テ ク ニ シ ャ ン 」 が 自分 の 売 り な の だ 、 と 開 き 直 り、 ボ ス トン に 帰 る と 闇 雲 に 実 験 を し ま く っ た 。10種 類 以 上 の タ ン パ ク 質 複 合 体 に つ い て 解 析 して デ ー タ は そ れ な りに 出 て き た が 、 今 度 は ど うい っ た 論 文 に ま と め て い く の か 、 よ り混 沌 と して き た の で あ る 。 テ ク ニ シ ャ ン は サ イ エ ン テ ィ ス トに は 成 れ な い の か 。 そ ん な 中 で 、CRPよ り も さ ら に 古 臭 い ヒス トン と い うタ ン パ ク 質 分 子 を 解 析 し始 め た の で あ る。 ヒ ス トン は 真 核 生 物 のDNAを 巻 き付 け て コ ン パ ク トに 収 納 す る最 も多 い 核 内 タ ン パ ク 質 で あ る。 当 時 、 こ の ヒス トン の 化 学 修 飾 が 遺 伝 子 発 現 情 報 を 担 う とい う非 常 に魅 力 的 な 仮 説 が 出 され 、 誰 も が ヒ ス トン修 飾 酵 素 と そ の 複 合 体 を ハ ン テ ィ ン グ し よ う と して い た 。 そ の 中 で 私 は 、 で は ヒ ス トン 自 体 を 複 合 体 と し て 解 析 した ら ど う な る の か 、 とい う単 純 な ア イ デ ィ ア を ボ ス に 出 して み た の で あ る。 「何 も取 れ る は ず が な い 。 」 とい う 当 然 の 反 応 で あ っ た が 、 ヒ ス トン の バ リア ン ト数 種 類 に つ い て 多 少 面 白 い デ ー タ を 持 っ て い た た め 対 照 実 験 と し て や っ て み た い 、 と い う賭 け に 出 た の で あ る 。 少 な く と も 数 ヶ 月 、$10000単 位 の プ ロ ジ ェ ク トを 一 人 自 由 にや らせ て も ら え た の は 本 当 に 幸 運 で あ り、 そ の 賭 け に と りあ えず 勝 っ た の だ 。 ヒ トの 主 要 ヒス トンH3.1と そ の バ リ ア ン トH3.3は た っ た5ア ミ ノ 酸 し か 違 わ な い 。 私 が 解 析 を 始 め た こ ろ 、 別 の 研 究 グル ー プ が そ の 内3ア ミ ノ 酸 の 違 い がDNA複 製 に 依 存 した ク ロ マ チ ンへ の 取 り込 み を決 定 す る とい う シ ョ ッ キ ン グ な 論 文 を 発 表 した1)。 そ の 生 理 機 能 の 大 き な 違 い を 示 唆 す る よ うに 、 全 く異 な るH3.1とH3.3 巨 大 複 合 体 が 精 製 で き た と き は 、 本 当 に 手 が 震 え た こ と を 今 で も鮮 明 に 覚 え て い る(図1に 示 す)。 明 け 方 近 か っ た が 、 デ ー タ を ボ ス に メ ー ル す る とす ぐ に 一 言 「Congratulations!」。 2年 間 の トンネ ル を よ うや く抜 け た 瞬 間 で あ る が 、 そ れ か ら が 本 当 の 地 獄 だ っ た 。 構 成 因 子 の 同 定 ま で は ス ム ー ズ に 運 ん だ が 、 タ ン パ ク 質 複 合 体 の 細 胞 内 で の 生 理 機 能 を 証 明 し な け れ ば な ら な い の に 、 一 つ 一 つ 特 異 的 因 子 を ノ ッ ク ダ ウ ン し て も ヒ ス トン が ク ロ マ チ ン に 取 り込 ま れ て し ま う。 半 年 後 に 帰 国 し論 文 投 稿 ま で1年 近 くか か り、 ぎ りぎ りま で 互 い の 主 張 を 譲 ら な か っ た た め ボ ス と は ほ とん ど喧 嘩 状 態 で 、 最 後 は 著 者 か ら外 され る こ と も 覚 悟 した 。 ア ク セ プ トされ た 時 は 正 直 も う ど うで も 良 く な っ て い た 。 し か し、 今 こ の 論 文1報 の お か げ で 研 究 を 何 と か 続 け ら れ て い る とい っ て も 過 言 で は な い。 詳 細 に つ い て は 原 著2)及 び 日本 語 の 総 説3)を 参 照 し て い た だ き た い が 、 私 自身 は こ の 論 文 で 触 れ た 部 分 は ほ ん の 序 章 で あ り、 これ ら ヒ ス トン 複 合 体 の 裏 に は さ らに 壮 大 な ス トー リー が 隠 され て い る も の と現 在 で も確 信 して い る 。 ヒ ス トン複 合 体 の 主 要 タ ン パ ク 質 を 欠 い て も細 胞 内 で 特 異 的 な ヒ ス トン が き ち ん と挿 入 さ れ る の は 何 故 か?生 物 は 一 見 脆 弱 に 見 え て か な り頑 健 に で き て い る 。35億 年 以 上 絶 え 間 な く 生 命 を 繋 い で き た シ ス テ ム に は 相 当 の バ ッ ク ア ッ プ 機 構 が あ る は ず で 、1つ だ め に な っ て 死 42
Annual Review 2007 Volume 12 ん で し ま う も の で は な い 。 特 に 重 要 な モ ノ で あ れ ば あ る ほ ど能 動 的 な 機 構 だ け で な く 、 適 当 に や っ て し ま っ て も 何 とか 凌 ぐ機 構 も あ る か も しれ な い 。All or Noneで は な い 生 体 制 御 機 構 を ど うや っ て 解 い て い く の か?私 た ち は 壮 大 な パ ズ ル の 全 て の ピー ス さ え ま だ 揃 え られ て い な い 。 元 来 、 単 一 系 統 の 大 腸 菌 を 使 っ て 分 子 遺 伝 学 を 学 ん で き た 私 に と っ て 、 継 代 培 養 を 重 ね る うち に 形 態 が 変 化 しヘ テ ロ な 集 団 に な っ て い く培 養 細 胞 は 得 体 の 知 れ な い 何 と な く気 持 ち 悪 い モ ノ で も あ っ た 。 ヒ ト培 養 細 胞 と は 暴 走 し て 増 殖 し続 け る 癌 細 胞 で あ り、 い ろ い ろ な 制 御 が お か し く な っ て い る は ず で あ る 。 遺 伝 子 組 換 え も 短 期 間 で 思 う よ う に 操 れ な い も どか し さ も あ る。 思 い 切 っ て 、 帰 国 後 に 一 人 で 研 究 を 続 け る に あ た り、 金 も 時 間 も 労 力 も 格 段 に 節 約 で き 、 何 よ り分 子 遺 伝 学 的 手 法 が 容 易 な 酵 母 を モ デ ル 系 に した 。 単 細 胞 で は あ る が 、 か な り 性 質 の 異 な る 出 芽 酵 母 と分 裂 酵 母 か ら も う一 度 ヒ ス トン 複 合 体 を 解 析 す る こ とで 、 よ り フ ァ イ ン に ダ イ ナ ミ ッ ク な ク ロマ チ ン 制 御 機 構 に 迫 りた い と考 え た の で あ る。 と は 言 っ て も 、 酵 母 を 扱 うの も 初 め て で あ る 。 最 初 は い ろ い ろ 苦 労 した が 、 米 国 で 身 に 付 け た 図 々 し さか ら多 く の 先 生 の 助 け を 得 て 何 と か 解 析 系 が で き た 。 しか し、 精 製 して み る と思 っ た よ り単 純 で 面 白 味 に 欠 け る。 ど う味 付 け し て 料 理 す る か が 研 究 者 の腕 の 見 せ 所 で あ る が 、 生 命 科 学 の 場 合 は 分 か ら な い と き は 生 物 に 聞 く の が 一 番 で あ る 。 あ ー で も な い 、 こ ー で も な い と無 い 頭 を 絞 っ て 解 析 を 続 け る うち に 、 最 近 に な っ て よ うや く面 白 い ア イ デ ィ ア が 浮 か ん で き た 。 本 研 究 科 に 来 て か ら新 た な 複 合 体 精 製 手 法 も確 立 しつ つ あ り、 多 角 的 な 解 析 環 境 が よ うや く整 っ て き て い る。 さ あ 、 これ か ら反 撃 開 始 だ!こ の 続 き は 、 論 文 に な っ て か ら に した い 。 独 立 後 、 口 の 悪 い 先 生 か ら は 「酵 母 で 焼 き 直 し実 験 か!」 「研 究 費 と は 将 来 へ の 投 資 で あ り、 今 さ ら酵 母 を や る よ うな 奴 に は あ げ られ な い 」 「複 合 体 な ど全 部 ゴ ミ(ア ー テ ィ フ ァ ク ト)だ 。 純 化 した タ ン パ ク質 で な け れ ば 精 製 と は 言 わ な い 」 と言 わ れ た が 、 最 近 は 「複 合 体 精 製 は 機 能 因 子 群 の 生 化 学 的 ス ク リー ニ ン グ で あ り、 単 な る 網 羅 的 な カ タ ロ グ 作 り で は な い 生 体 機 能 の俯瞰 的 な 理 解 の た め の 強 力 な ツ ー ル で あ る 」 「ポ ス トゲ ノ ム 時 代 の 医 療 や バ イ オ テ ク ノ ロ ジ ー 技 術 開 発 の た め の シ ー ズ と な る こ と も 期 待 され る 」 な ど と適 当 な キ ー ワ ー ドを 散 りば め て 何 と か 凌 げ る ほ ど 、 さ ら に 図 々 し く な っ て き た 。 一 旦 そ う言 っ て し ま う と今 度 は 口 だ け の 粉 飾 と言 わ れ な い よ う、 地 味 で あ って も き ちん と した 論 文 と して 結 果 を 残 して い か な け れ ば な ら な い 。 走 り続 け る しか な い ト レ ッ ド ミル に 乗 っ て しま っ た の か も しれ な い 。 しか し 、 本 研 究 科 で 独 立 し た 研 究 室 を 主 宰 す る とい う非 常 に 恵 ま れ た チ ャ ン ス を 頂 い た の だ か ら 、 口先 だ け で は な く成 果 と して 期 待 に 答 え られ る よ う努 力 して い る つ も りで あ る。 「研 究 者 人 生 は 短 い 」 「輝 き は す ぐ 失 わ れ る 」 野 心 と言 う ほ どの モ ノ は 持 っ て い な い が 、 これ ぞ 田 上 の 仕 事 と い う研 究 成 果 を これ か ら 出 し た い も の だ 。 ま だ ま だ 苦 し く 藻 掻 い て い る が 、 後 年 あ の と き が 一 番 楽 しか っ た と 思 え る よ う精 一 杯 努 力 した い 。 あ ん な に 苦 しか っ た は ず の ボ ス トン の 思 い 出 が 今 で は 美 しい の だ か ら。 生 物 は 複 雑 だ か ら 素 敵 で 神 秘 的 だ 。 ほ ん の 少 しで よ い か らべ ー ル の 中 身 を垣 間 見 た い 。 で き れ ば 、 誰 よ り も 先 に 、 そ して 論 理 的 に そ っ とや さ し く 。 ま た 甘 い と お 叱 り を 受 け そ う だ が 、 そ の 思 い で 研 究 を 続 け た い 。 最 後 に 、 二 人 の 恩 師 に 感 謝 して 拙 文 を 閉 じ よ う。 名 古 屋 大 学 の 饗 場 弘 二 教 授 は 、 着 任 して 最 初 の 研 究 室 配 属 時 に 「大 腸 菌 に 興 味 は な い が 、 真 核 生 物 の モ デ ル 系 と して 転 写 を研 究 した い 」 と 言 っ た 生 意 気 で 大 変 失 礼 な 私 を 適 当 に あ し らい 、 分 子 生 物 学 研 究 の 道 へ と導 い て 下 さ っ た 。 研 究 室 の 助 手 と し て 採 用 して も ら っ て か ら現 在 に 至 る ま で 「一 人 で も で き る こ と を 見 せ て く だ さ い 」 と 常 に 厳 し く 叱 咤 激 励 し て い た だ い て い る 。 ハ ー バ ー ド大 学 の 中 谷 喜 洋 教 授 は 、 最 初 の イ ン タ ビ ュ ー 時 に 自 身 の 壮 大 な 夢 を 語 っ て くれ 「ど うや っ て 解 き ま し ょ う?」 と 聞 い た ら 「そ れ は あ な た が 考 え る こ と で す 」 と 、 本 当 に 自 由 勝 手 に 研 究 を進 め さ せ て も らっ た 。 研 究 の 進 め 方 や 考 え方 も全 く異 な る 二 人 の 先 生 だ が 、 気 付 い た ら 自 分 で 勝 手 に 研 究 で き る よ う に な っ た と錯 覚 す る ほ ど 自 然 に 生 命 科 学 研 究 の 仕 方 、 サ イ エ ン ス の 厳 し さ と面 白 さ を 43
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ご教 授 い た だ い た 。 ま だ ま だ 研 究 者 と して も 教 員 と し て も 半 人 前 の 私 で あ る が 、 今 後 、 学 生 に 対 して そ うい っ た 研 究 教 育 が で き る よ う心 懸 け た い 。
1) Kami Ahmad and Steven Henikoff The Histone Variant H3.3 Marks Active Chromatin by
Replication-Independent
Nucleosome Assembly. Mol. Cell, 9, 1191-1200 (2002)
2) Hideaki Tagami, Dominique Ray-Gallet, Genevieve Almouzni, and Yoshihiro Nakatani. Histone
H3.1 and H3.3 Complexes Mediate Nucleosome Assembly Pathways Dependent or Independent of
DNA Synthesis. Cell, 116, 51-61 (2004)
3)田 上 英 明 「ピ ス トン 複 合 体 か ら 見 え て く る ク ロ マ チ ン形 成 機 構:ク ロ マ チ ン構 造 と エ ピ
ジ ェ ネ テ ィ ク ス 制 御 」 □特 集:ク ロ マ チ ン コ レオ グ ラ フ ィ ー 生 化 学 第77巻 第3号
pp.213-221□ 日本 生 化 学 会(2005)
