生物学と MBL
BIO
LO
GY & MB
目次
はじめに
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1
.
生物の基本単位 - 細胞
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ すべての生物は細胞からできている 1-1．生物の基本単位「細胞とは」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1-2. ヒトは 60 兆個の細胞からできている「単細胞と多細胞」・・・・・・・・・・・・・ 1-3. すべての生物は 2 種類にわけられる「原核生物と真核生物」・・・・・・・・・・・・・ 1-4. 生命活動をになう「細胞小器官のはたらき」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム ロバート・フック「細胞の発見」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「サンゴの蛍光タンパク質」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL オルガネラマーカー抗体、ベクター・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2. 遺伝現象と遺伝子
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ DNA は生物の設計図を書く文章である 2-1. 親から子へ伝わるもの「遺伝子」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2-2.100 年かけて辿りついた答え「遺伝子は DNA」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2-3. なぜヒトはひとりひとり違うのか？「減数分裂」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 2-4. DNA は 4 種類の文字で設計図を書く「4 種類の核酸」・・・・・・・・・・・・・・・ 2-5. DNA の美しい構造「二重らせん」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム グレゴール・メンデル「遺伝の発見」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ オズワルト・アベリー「遺伝物質は DNA」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ハーシー & チェイス「ウイルスを使って、遺伝物質は DNA であることを裏付け」・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「オワンクラゲの GFP 遺伝子で大腸菌が光る」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL 人工遺伝子合成受託サービス・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ タグ抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3. 細胞周期ー遺伝情報の再分配
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 遺伝情報は細胞から細胞へと伝えられる 3-1. 生物は細胞の分裂により生きている「細胞周期」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3-2. 細胞分裂のタイミングを決めるタンパク質「サイクリン」・・・・・・・・・・・・・ 3-3. 膨大な遺伝情報をコンパクトに収納「染色体の構造」・・・・・・・・・・・・・・・・ 3-4. 設計図は正確にコピーされる「DNA 複製の仕組み」・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3-5. 老化を支配する時計「テロメア」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3-6. 傷ついた DNA をなおす仕組み「DNA 修復」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム 岡崎令治「岡崎フラグメントの発見」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「テロメアが短かったクローン羊ドリー」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 43 43 43 44 44 43 46 45 47 47 47 49 49 50 47 48 48 50 50 50 51 51 52 53 56 57 58 56 57 42Pick Up from MBL
細胞周期のリアルタイム観察「Fucci」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 細胞周期関連キナーゼ活性測定キット ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ヒト人工染色体（HAC） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ テロメア伸長に関わる TERT 関連製品 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 遺伝子・DNA の変異・多型検出キット Surveyor® Mutation Detection Kits ・・・・・・・・・・・
4. 遺伝子とタンパク質
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ タンパク質は DNA 配列にもとづいて合成される 4-1. タンパク質のつくり方「セントラルドグマ」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4-2.DNA から RNA へ「転写」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4-3.RNA からタンパク質へ「翻訳」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 4-4. ヒトがヒトとして生まれる仕組み「遺伝子とゲノム」・・・・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム ニーレンバーグ「遺伝暗号の解読」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「逆転写〜レトロウイルスとレンチウイルス」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL 次世代シーケンス受託サービス・次世代シーケンス解析受託サービス・・・・・・・・・・・・・・・・ タンパク質相互作用解析ツール Fluoppi レンチウイルスベクター・・・・・・・・・・・・・・・・・・5. 生命現象とタンパク質
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ タンパク質は細胞のすべての活動をになう働き手 5-1. タンパク質の“はたらき”には“かたち”が重要 「タンパク質の複雑な立体構造」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5-2. タンパク質のはたらきは相手を認識することからはじまる 「タンパク質の相互作用」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5-3．タンパク質のはたらきの調節「タンパク質の翻訳後修飾」・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「海藻ミルの糖鎖結合タンパク質（レクチン）が虫歯予防に効く！？」 ・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL タンパク質同定・比較定量解析受託サービス・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ タンパク質相互作用のリアルタイム観察 Fluoppi・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 糖鎖構造受託解析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ リン酸化ポリクローナル抗体作製受託・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6. 遺伝子の発現制御
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 遺伝子はいつどこで発現するか？ 6-1. ここはどこになる？体の場所を決める遺伝子「ホメオティック遺伝子」・・・・・・ 6-2.DNA の塩基配列によらない遺伝子発現の制御「エピジェネティクス」・・・・・・ 6-3. つかう遺伝子とつかわない遺伝子についた目印「修飾核酸」・・・・・・・・・・・・ 6-4. タンパク質をコードしない RNA「ノンコーディング RNA」・・・・・・・・・・・・ 6-5. 子孫に受け継がれる修飾「発生とエピジェネティクス」・・・・・・・・・・・・・・ 6-6. つかえない遺伝子の目印を無理矢理外す「細胞の分化と iPS 細胞」・・・・・・・・ 6-7. 体内時計は遺伝子レベルで存在する「概日リズム」・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「三毛猫はメスばかり」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 51 52 53 57 58 59 59 59 61 64 61 64 61 64 65 65 66 66 67 65 66 67 67 68 68 68 69 72 74 75 76 75Pick Up from MBL
ヒストンアセチル化測定キット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗修飾ヒストン抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗修飾核酸抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Methyl Hunter MBD1-based Methylated DNA Enrichment Kit ・・・・・・・・・・・・・・・・・ ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC・SIRT）活性測定キット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗 METTL13（FEAT）抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 遺伝子発現の転写後調節の解析ツール RiboCluster ProfilerTM・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
RNA の安定性や半減期を解析するツール BRIC Kit ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Cytotune®-iPS 2.0・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 概日リズム関連製品 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
7. 細胞の情報伝達と物質輸送
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 生物が個体として存在するために 7-1. 細胞はたがいに影響しあい、さまざまな情報や物質をやりとりする 「細胞間の情報伝達」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7-2. 外からもらった情報を伝えるしくみ「細胞内の情報伝達」・・・・・・・・・・・・・ 7-3. 細胞間の物質輸送「膜を介した物質輸送」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 7-4. 神経細胞が損傷される疾患「神経変性疾患」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「巨大な神経が研究に役立っているイカとアメフラシ」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL 抗 GPCR 抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ MEBGENTM RASKET キット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ SLC トランスポーター・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 神経変性疾患関連製品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8. 細胞の死
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 死に意味はあるのか？ 8-1. プログラムされた死「アポトーシス」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8-2. 不要な物質のリサイクルシステム「ユビキチン・プロテアソーム系」・・・・・・・ 8-3. 自分をたべる「オートファジー」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8-4. 疾患「パーキンソン病、クローン病」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 8-5. 増えつづける細胞「がん」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ いきものコラム 「がんにならない生き物〜ハダカデバネズミ」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL アポトーシス関連製品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ユビキチン・プロテアソーム系関連製品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ オートファジー関連製品 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗 p62 抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ MESACUPTM aniti-p53 テスト ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ がん関連診断薬・研究用試薬・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・9. 免疫
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 自分とよそものを見分ける仕組み 9-1. 外界からからだを守る仕組み「免疫とは」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9-2. わたしたちは 2 種類の免疫をもつ「自然免疫と獲得免疫」・・・・・・・・・・・・・ 9-3. なぜわたしたちは予防注射で感染症から身を守れるのか？ 「獲得免疫と抗体」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 69 69 70 71 71 71 72 73 75 76 77 77 80 83 86 79 80 82 85 86 87 87 88 88 91 91 92 87 88 89 90 91 92 93 93 93 979-4. 臓器移植をかんたんに行うことができない理由「自己と非自己」・・・・・・・・・ 9-5. 腸管は最大の免疫器官「腸管免疫」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9-6. 自分が自分を攻撃する「自己免疫疾患」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9-7. 過剰な攻撃「アレルギー」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9-8. 抗体医薬の開発も行われています「感染症」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9-9. 抗体を用いた検査薬の開発も行われています「生活習慣病」・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム エドワード・ジェンナー「種痘〜近代免疫学の父」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 北里 柴三郎「予防医学の礎を築く」 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL 抗 TLR/Mincle 抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ サイトカイン・増殖因子関連製品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ IL-33 ELISA キット・抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ IL-37 ELISA キット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗免疫グロブリン抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗マウス β5t 抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗 CD93 抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ジェノサーチTM HLA ver.2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ジェノサーチTM HPA ver.2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ T-Select MHC tetramer・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ T-Select MHC Class II tetramer・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 腸管免疫関連抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 制御性 T 細胞関連抗体・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ IgG サブクラス BS-NIA IgG4・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ MBL と自己免疫疾患・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 間接蛍光抗体法による抗核抗体検査試薬“フルオロ HEPANA テスト”・・・・・・・・・・・・・・・・ 自己免疫疾患と感染症の症状に関わるデスモグレイン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 感染症関連製品・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 生活習慣病関連物質の測定と創薬支援・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 遺伝子検査『ジェノマーカー』・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
10. 生物の進化
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 生物はつねに変わりつづける 10-1. 大規模解析によって変わる系統「生物の分類」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10-2. ヒトに男女がある理由「有性生殖と無性生殖」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 10-3. ミトコンドリアが教えてくれる人類共通の祖先「細胞小器官のゲノム」・・・・ Pick Up from MBL 生殖補助医療（ART）関連試薬・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ミトコンドリア DNA 多型検査・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・11. バイオテクノロジー
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ バイオ研究で利用される技術とその進歩 11-1. 核酸・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11-2. タンパク質・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11-3. 細胞・組織・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 11-4. 遺伝子操作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ Pick Up from MBL 次世代シーケンス解析受託・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ タグ融合タンパク質精製キット・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 抗体メーカー MBL・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ファージディスプレイ法による抗体作製・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 100 103 104 106 106 107 93 106 95 95 95 95 98 98 99 100 100 102 102 103 104 104 105 105 105 107 108 108 109 109 110 111 110 111 112 112 116 124 127 116 118 119 119ELISA 法による臨床検査試薬「MESACUPTMシリーズ」・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ CLEIA 法による臨床検査試薬「ステイシア MEBLuxTMテストシリーズ」・・・・・・・・・・・・・・・ タンパク質同定・比較定量解析受託サービス・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ RiboCluster ProfilerTM・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 蛍光タンパク質を利用したタンパク質間相互作用の検出「Fluoppi」・・・・・・・・・・・・・・・・・ 蛍光タンパク質・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
付録
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 生物史年表・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ コドン対応表・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ シグナル伝達ポスター・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 研究者コラム エドワード・ジェンナー「種痘〜近代免疫学の父」 93 オズワルト・アベリー「遺伝物質は DNA」 48 岡崎令治「岡崎フラグメントの発見」 56 北里 柴三郎「予防医学の礎を築く」 106 グレゴール・メンデル「遺伝の発見」 47 ニーレンバーグ「遺伝暗号の解読」 61 ハーシー & チェイス「 ウイルスを使って、遺伝物質は DNA である ことを裏付け」 48 ロバート・フック「細胞の発見」 43 130 130 134 135 120 121 122 123 124 125 いきものコラム オワンクラゲの GFP 遺伝子で大腸菌が光る 50 海藻ミルの糖鎖結合タンパク質（レクチン）が虫歯予防に効く！？ 67 逆転写〜レトロウイルスとレンチウイルス 64 巨大な神経が研究に役立っているイカとアメフラシ 79 がんにならない生き物〜ハダカデバネズミ 92 サンゴの蛍光タンパク質 46 テロメアが短かったクローン羊ドリー 57 三毛猫はメスばかり 75 Pick Up from MBL アポトーシス関連製品 87 オートファジー関連製品 89 オルガネラマーカー抗体、ベクター 45, 46 概日リズム関連製品 76 がん関連診断薬・研究用試薬 92 感染症関連製品 107 蛍光タンパク質 125 抗 CD93 抗体 99 抗 GPCR 抗体 80 抗 METTL13（FEAT）抗体 71 抗 TLR/Mincle 抗体 95 抗 p62 抗体 90 抗マウス β5t 抗体 98 抗修飾ヒストン抗体 69 抗修飾核酸抗体 70 抗体メーカー MBL 119 抗免疫グロブリン抗体 98 サイトカイン・増殖因子関連製品 95 細胞周期関連キナーゼ活性測定キット 52 ジェノサーチTM HLA ver.2 100 ジェノサーチTM HPA ver.2 100 ジェノマーカー 108 次世代シーケンス解析受託サービス 61, 116 次世代シーケンス受託サービス 61 神経変性疾患関連製品 86 人工遺伝子合成受託サービス 50 ステイシア MEBLuxTMテスト シリーズ 121 制御性 T 細胞関連抗体 104 生活習慣病関連物質の測定と創薬支援 108 生殖補助医療（ART）関連試薬 110 タグ抗体 50 タグ融合タンパク質精製キット 118 タンパク質同定・比較定量解析受託サービス 65, 122 腸管免疫関連抗体 103 テロメア伸長に関わる TERT 関連製品 57 デスモグレイン 105 糖鎖構造受託解析 67 ヒストンアセチル化測定キット 69 ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC・SIRT）活性測定キット 71 ヒト人工染色体（HAC） 53 ファージディスプレイ法による抗体作製 119 フルオロ HEPANA テスト 105 ミトコンドリア DNA 多型検査 111 ユビキチン・プロテアソーム系関連製品 88 リン酸化ポリクローナル抗体作製受託 68 BRIC Kit 73 Cytotune®-iPS 2.0 75 Fluoppi 66,124 Fluoppi レンチウイルスベクター 64 Fucci 51 HRP-DirecT シリーズ 120 IL-33 ELISA キット・抗体 95 IL-37 ELISA キット 95 IgG サブクラス BS-NIA IgG4 104 MBL と自己免疫疾患 105 MEBGENTM RASKET キット 82MESACUPTMシリーズ 120
MESACUPTM aniti-p53 テスト 91
Methyl Hunter MBD1-based Methylated DNA Enrichment Kit 71 RiboCluster ProfilerTM 72, 123
SLC トランスポーター 85
Surveyor® Mutation Detection Kits 58
T-Select MHC tetramer 102 T-Select MHC Class II tetramer 102
はじめに
“なぜ会社概要で教科書のようなことを書くのか？”
弊社の会社概要を手に取ってくださった方の多くがそんな疑問をもたれることと思います。 弊社には創立メンバーから 47 年間にわたり脈々と受け継がれる“ある思い”があります。 それは “研究者の方々への尊敬の念” “ライフサイエンスへのつきることのない知的好奇心” “ライフサイエンス研究をサポートし、ともに人類の発展に貢献していきたい” という思いです。 その思いを皆様に分かりやすくお伝えしようとするうえで 生物学についてのご紹介は必要不可欠であり 会社概要をこのような形にさせていただきました。 現在、ライフサイエンスの研究分野は多岐にわたり、 世界中でより高度な技術が日々開発されています。 わたしたちも初心を忘れることなく、日々、柔軟に変化し対応していかなければなりません。 弊社にご興味をもってくださった皆様に、 生物学の基礎から今日の最先端の研究までをご紹介しつつ、 弊社のライフサイエンスへの取り組みと思いをお伝えしていきたいと思います。研究者コラム ロバート・フック「細胞の発見」 1665 年 に イ ギ リ ス の ロ バ ー ト・ フックがコルクガシの乾燥樹皮の薄 切りを顕微鏡で観察し、並んだ小部 屋のような構造を「細胞」と名付け ました。死んだ細胞なのでそれは細 胞壁でしたが、当時は画期的なもの でした。 フックが描いた コルクの細胞▷
1-1.
生物の基本単位「細胞とは」
生き物のからだはすべて「細胞」によって構成されています。細胞の大部 分は微小（1/50 mm 程度）で、肉眼で見ることはできませんが、どの生き物 も様々な形と働きをもつ小さな細胞が集まってつくられています。 わたしたちは脳や心臓の働きが止まると、やがて「個体」としての死を迎 えます。しかし、体の組織から細胞を取り出し、適当な養分が入った培養液 中に入れると細胞は栄養分を取り入れ、活動し、分裂して増殖することもで きます。現在、世界中でライフサイエンス研究に使われている細胞の１つに HeLa（ヒーラ）細胞があります。これは 1951 年に子宮がんで亡くなったヘ ンリエッタ・ラックスという女性の子宮がん細胞を培養し増殖させたもので す。この細胞は彼女の死後 50 年以上たった現在でも、世界中の研究室で生 き続け、様々な実験に使用されています。 このように、個体としては死んでも、細胞単独で生き続けることは可能です。 しかし、細胞を壊してより小さなものに分けると、増殖することは不可能に なります。つまり、どのような生き物でも生きていることの「基本単位」は 細胞なのです。1-2.
ヒトは 60 兆個の細胞からできている「単細胞と多細胞」
細胞は単独で増殖できますが、わたしたちヒトは約 60 兆個の細胞の集合 体である「多細胞生物」です。一方、ゾウリムシやアメーバなど一つの細胞 だけからなる個体を「単細胞生物」といいます。 多細胞生物であるわたしたちヒトのからだは特定の形と働きをもった細胞1. 生物の基本単位ー細胞
すべての生物は細胞からできている
原核細胞と真核細胞の細胞内構造 群が集まって「組織」をつくり、「器官・臓器」をつくります。さらに一連の 働きをする器官がいくつも集まり、呼吸器系、神経系、内分泌系などを構成し ています。これらがさらに集まって互いに連携を取り、「個体」として成り立っ ています。
1-3.
すべての生物は２種類にわけられる「原核細胞と真核細胞」
細胞は核の有無によって原核細胞と真核細胞に分けられます。真核細胞では 核は核膜という生体膜に包まれています。一方、原核細胞では核という構造を 持たず DNA はヒストン様タンパク質との複合体を形成しており、これを核様 体といいます。 原核細胞をもつ生物は、単細胞生物のうち、大腸菌などの真正細菌と高温、 高塩濃度のような極限環境にすむ古細菌、シアノバクテリアのみです。細菌以 外のゾウリムシなどの単細胞生物と、わたしたちヒトを含む全ての多細胞生物 は真核細胞をもつ真核生物です。1-4.
生命活動をになう「細胞小器官のはたらき」
真核細胞は細胞内小器官という専門の役割を果たす小さな構造物を持って います。核は細胞小器官のひとつです。核のように生体膜に包まれた細胞小器 官としてミトコンドリアや小胞体などがあります。このほかに生体膜に包まれ ていない細胞小器官としてリボソームや細胞骨格があります。また、細胞内で 細胞小器官の占める割合は半分ほどで、細胞の体積の残り半分は粘性の高い液 体の細胞質基質※ 1 で満たされています。イラスト（図．原核細胞と真核細胞 の細胞内構造）はあくまで模式図であり、実際の細胞には多数の細胞小器官が つまっています（次ページ写真参照）。 細胞小器官は細胞が上手く機能するようにそれぞれ分業化された役割を果 たし、協調しあっています。 ※ 1 細胞質基質の構成成分はほとんどが水で、 可溶性のイオン、低分子、タンパク質が 溶解しています。 核 核 核膜 小胞 リソソーム リソソーム ペルオキシソーム ペルオキシソーム 細胞質基質 葉緑体 ミトコンドリア 細胞膜 液胞 細胞壁 細胞質基質 ゴルジ体 ミトコンドリア 核膜 核膜孔 核膜孔 クロマチン 小胞体 リボソーム 細胞膜 細胞質基質 細胞膜 ゴルジ体 小胞体 細胞骨格 細胞骨格 原核細胞 真核細胞（動物細胞） 真核細胞（植物細胞） クロマチン 核様体 リボソーム リボソーム 中心体 小胞生体膜 45 細胞膜 : 細胞の内と外を仕切る生体膜です。厚さ10 nナノメートルm（1 nm は 1/1,000,000 mm）でタンパク質と脂質からなります。脂質のほとんど はリン脂質※ 1で、リン脂質は疎水性（脂肪酸）と親水性（リン酸）の部 分からなります（図．生体膜）。リン脂質の親水性部分が外側になり、疎 水性部分が内側になることで二重膜構造が形成されます。細胞膜に限らず、 生体膜は全て同様の構造をしています。細胞膜には様々なタンパク質が埋 め込まれ、栄養や情報を運んだり、隣の細胞と離れないようにしています。 核 : 最大の細胞小器官です（ほとんどの動物細胞で核は直径 5 μマイクロメートルm ；1 μm は 1/1,000 mm）。核膜に包まれた核の中には核酸（DNA と RNA) や タンパク質がつまっています。 核膜は外膜と内膜の二重膜からなり、細胞 質との物質の出入りは核膜孔を介して行われます（図．核膜孔の模式図）。 ミトコンドリア : エネルギーの産生工場です。酸素呼吸による ATP※ 2合 成を行っています。ミトコンドリアには独自の DNA とタンパク質合成系が存 在し、ミトコンドリアのタンパク質の一部を作っています。ミトコンドリア は細胞内で分裂し自己増殖しています。 小胞体とリボソーム：小胞体の表面に顆粒が付着した粗面小胞体と、顆 粒の付いていない滑面小胞体があります。顆粒はリボソームといい、細胞 の全てのタンパク質合成を行う場です。リボソームは数種類の RNA と数 十種類のタンパク質からなる複合体で、大サブユニット・小サブユニット の 2 つのサブユニットからなります。粗面小胞体に付着したリボソームで 作られたタンパク質は粗面小胞体内部の空間に蓄えられ、修飾、品質管理 を受けて、細胞質基質以外で働くタンパク質となります。一方、滑面小胞 体は生体膜となるリン脂質の合成、薬物の代謝、カルシウムの貯蔵など様々 な機能にかかわっています。 Pick Up from MBL オルガネラマーカー 抗体、ベクター 各 細 胞 小 器 官 を お 好 み の 色 で 蛍 光 標 識 し、 可 視 化 出 来 る ベ ク タ ー CoralHue®シ リ ー ズ や 抗 体を開発・販売していま す。CoralHue®シ リ ー ズ はサンゴの蛍光タンパク 質を利用しており、様々 な研究分野で、広く用い られています。 ※ 1 リン脂質はグリセロールに脂肪酸とリン酸が結合した分子。細胞質の脂質にはリン脂質以外 に糖脂質、コレステロールなどもあります。 内膜と外膜は 10 〜 20 nm 隔てられており、直 径約 9 nm の核膜孔が貫通し、核と細胞質をつ ないでいます。この部分では核膜の内膜と外膜 は融合しています。また外膜は部分的に折り畳 まれ、小胞体とつながっています。 Kusabira-orange (Vector) [ 小胞体 ] 抗 KDEL 抗体 [ 小胞体 ] 細胞の外側 細胞の内側 糖鎖 疎水性 親水性 膜貫通型タンパク質 膜結合型タンパク質 核バスケット 核膜内膜 細胞質 フィラメント 核ラミナ 核 核膜外膜 核膜孔の模式図 Keima-red (Vector) [ 細胞膜 ] Kusabira-orange (Vector) [ 核 ] 抗 COX4 抗体 [ ミトコンドリア ]
いきものコラム 「サンゴの蛍光タンパク質」
夜の海に潜り、紫外線ライトをサンゴにあてると鮮やかに光ります。この光る物質が蛍光タンパク質 です。サンゴ由来の蛍光タンパク質には、サンゴの名前がつけられているものもあります。例えば、 Kusabira-orage は、イシサンゴに属するヒラタクサビライシ(Fungia concinna) よりクローニング されたオレンジの蛍光タンパク質です。なぜ、サンゴが蛍光タンパク質を持っているのでしょう？ 紫外線から身を守るためという説や、蛍光タンパク質が反射した太陽光を共生している褐虫藻の光合 小胞のはたらき ゴルジ体 : ゴルジ体は小胞体からタンパク質を受け取り、修飾して細胞内 外に送り出す細胞小器官です。何層にも積み重なった膜性の袋と、膜に包ま れた小胞の集まりから構成されています。 細胞骨格 : 細胞骨格は細胞の形態維持、細胞内の物質輸送、細胞分裂など に関与しています。タンパク質からなり、線維状の構造をしています。アク チンフィラメント、微小管、中間径フィラメントの 3 種類があります。 小胞：細胞外の老廃物を細胞膜で取り囲み小胞に包んで細胞内に取り込み ます（エンドサイトーシス；図．小胞のはたらき）。その小胞が集まってエン ドソームとなり、リソソーム（後述）と融合して、取り込まれた老廃物は消 化されます。また、反対に細胞内でできたタンパク質などを含んだ小胞が細 胞膜と融合すると、その内容物を細胞外に放出します ( エキソサイトーシス； 図．小胞のはたらき）。 リソソーム : リソソームにはタンパク質、核酸、多糖類、脂質などを分解 できる酵素が含まれています。細胞外から物質を取り込んだ小胞（前述）と 融合し小胞内部のものを消化します。消化された低分子は拡散によってリソ ソームの膜を通過し、細胞質に移動し再利用されますが、未消化の物質は小 胞に包まれて細胞膜に移動し細胞外に放出されます。 ペルオキシソーム : 酸化還元反応に関わる酵素をたくさん含んでおり、有 害な過酸化水素を発生する物質の酸化と、生成された過酸化水素を分解する 隔離された場所です。脂肪酸、コレステロール、胆汁酸の酸化、アミノ酸、 プリン体の代謝を行い、それによって発生した過酸化水素や過酸化脂質など をカタラーゼやペルオキシダーゼという酵素で分解します。 中心体 : 核分裂に関与しています。中心体は動物細胞にはありますが、植 物細胞にはありません。 Pick Up from MBL オルガネラマーカー 抗体、ベクター 抗 EEA1 抗体 [ 初期エンドソーム ] 抗 α-Tubulin 抗体 [ 微小管 ] 抗 Lamin B1 抗体 [ 核膜 ] 抗 GM130 抗体 [ ゴルジ体 ] 細胞内 細胞膜 エンドサイトーシス エキソサイトーシス
2-1.
親から子へ伝わるもの「遺伝子」
「遺伝」とは親の生物学的な特徴（遺伝情報）が子に伝わることを指します。 遺伝子は一つ一つの遺伝的特徴を運ぶ担い手です。 遺伝子は、19 世紀半ばオーストリアの修道士メンデルによって初めて「親 から子に伝わる因子（のちの遺伝子）」として発見されました。彼はエンドウ マメの交配実験から「子どもの形質は父と母から１つずつもらう 2 個の遺伝 子によって決定される」という遺伝の法則を導きだしたのです。さらに、メ ンデルは優性遺伝子 [ 父由来もしくは母由来どちらか一方だけの遺伝子があ れば（ヘテロ接合）その形質が現れる遺伝子 ] と劣性遺伝子 [ 父と母由来の 遺伝子が同じ場合（ホモ接合）のみ、その形質が現れる遺伝子 ] の存在にも 気づいていました。2-2.
100 年かけて辿りついた答え「遺伝子は DNA」
メンデルの法則の発見から、研究者達は 100 年の歳月をかけ、遺伝子の 正体に迫っていきました。ここでは、その歴史をふりかえってみましょう。 1920 年代までにショウジョウバエを用いたモーガンらの遺伝の基礎的研 究（1933 年、ノーベル医学生理学賞）により、遺伝子が染色体上にあるこ とは分かっていました。染色体はタンパク質と DNA（デオキシリボ核酸）か ら成り立ちます。そこで、「遺伝子はタンパク質なのか？ DNA なのか？」と いう問題が持ち上がりました。当時は「DNA は化学物質として単純すぎるの で、遺伝子は複雑なタンパク質である」という考え方が有力でした。 一方、この頃、細菌の病原性に関する基礎的な研究が行われはじめていま 研究者コラム グレゴール・メンデル 「遺伝の発見」 メンデルはエ ンドウマメの 交配実験を行 い、メンデル の法則と呼ば れる“優性の法則”、“分離の法則”、 “独立の法則”を発見しました。メ ンデルはこの結果を口頭発表および 論文発表しましたが、彼の数学的で 抽象的な解釈は理解されませんでし た。メンデルの研究成果は、1900 年 に 3 人 の 学 者、 ユ ー ゴ ー・ ド・ フリース、カール・エリッヒ・コレ ンス、エーリヒ・フォン・チェルマ クらにより再発見されるまで埋もれ ており、メンデルの死後に追認され ることとなりました。2. 遺伝現象と遺伝子
DNA は生物の設計図を書く文章である
研究者コラム アルフレッド・ハーシー マーサー・チェイス 「 ウイルスを使って遺伝物質は DNA であることを裏付け」 左）ハーシー、右）チェイス 当時、ファージは細菌を殺す能力を もつため医療の救世主として期待さ れ、研究が盛んに行われていました。 研究者コラム オズワルト・アベリー 「 遺伝物質は DNA であることを 証明」 ア ベ リ ー は 形 質 転 換 因 子 が DNA で あ る と 証明する論文を 出す前年の講演で「われわれは遺伝 学者の長年の夢であった、細胞に予 見可能で遺伝性を変化させうる物質 を発見した」と語っています。アベ リーの意図に反して、他の遺伝学者 たちに認められなかった理由とし て、菌をマウスに注射した際にマウ スの体内で何が起きているか不明瞭 であったことなどが挙げられます。 グリフィスの実験 ハーシーとチェイスの実験 した。イギリスのグリフィスは肺炎双球菌（Diplococcus pneumoniae) の病 原性の解明に取り組む中で、病原性をもたない菌が病原性をもつ菌に転換する 現象（形質転換）を発見し、肺炎双球菌には病原性をもたない菌である R 型 （Rough、コロニーの縁がぎざぎざの株）、病原性をもつ菌である S 型（Smooth、 コロニーの縁が滑らかな株）の 2 種類の株があることを発見しました。さら に加熱して殺した S 型の菌と生きている R 型の菌を混ぜてマウスに注射する とマウスが発病し、その血液から S 型（R 型からの形質転換）、R 型の 2 種類 の菌が分離できることを明らかにしました（図．グリフィスの実験）。死んだ S 型の菌に含まれている熱に強い物質こそ、病原性に関わる「遺伝子の正体」 だったのですが、グリフィスはその正体を知ることなく、1941 年にロンドン 空襲により 60 歳で命を落とします。 同じ頃、肺炎双球菌の生化学的解析を行っていたアベリーの研究グループは グリフィスの報告を知ると、総力をあげて形質転換物質の化学的性質を解析し、 その本体が DNA であるという結論に到達しました。しかし、1944 年にアベ リーらが「形質転換因子が DNA である」と証明する論文を出すものの、当時 の遺伝学者達はすぐには認めませんでした。 この根強い“遺伝子タンパク質説”を覆したのが 1952 年にハーシーとチェ イスによって行われた一連の実験でした。彼らは大腸菌に感染するウイルス “T2 ファージ”を用いて実験を行いました（図．ハーシーとチェイスの実験）。 T2 ファージはタンパク質の殻と DNA からなる単純な構造をしており、大腸 菌への感染時には表面に吸着し、感染した大腸菌からは１時間もたたない内に 新しいウイルス粒子が放出されます。ハーシーらは DNA だけにリン（P）が、 タンパク質だけに硫黄（S）が含まれていることを利用して、T2 ファージの DNA を放射性32P で、タンパク質を放射性35S で標識し、大腸菌に感染させ、 大腸菌の表面に吸着している T2 ファージを除去しました。すると、ファージ に感染した大腸菌の内部からは32P だけが検出され、彼らは、細胞内に注入さ れウイルス増殖を誘導するのは DNA のみであることを証明しました。この研 究によって、ようやく遺伝子が DNA であることが認められたのです。 S型菌 熱殺菌したS型菌 R型菌 熱殺菌したS型菌 とR型菌の混合物 変化なし 死亡 死亡 変化なし 大腸菌にT2ファージ を感染させる 32Sを含んだ培地で 育てた大腸菌 32Pを含んだ培地で 育てた大腸菌 32PでDNAが標識された T2ファージ産生 32Sでタンパク質が標識 されたT2ファージ産生 標識されていない 大腸菌にT2ファージ を感染させる T2ファージと 大腸菌を遠心分離 32P標識DNA （大腸菌の沈殿物） T2ファージの殻 32S標識タンパク質 （T2ファージの殻） 大腸菌の沈殿物
減数分裂 ヌクレオチドの基本構造 ポリヌクレオチドの基本構造
2-3.
なぜヒトはひとりひとり違うのか？「減数分裂」
どのような子どもが生まれるかは両親の遺伝子によります。しかし、同じ両 親から生まれた兄弟でも違いがあることから分かるように、両親の遺伝子が決 まっても生まれてくる子どもの遺伝的個性には違いがあります。 わたしたちヒトは 2 本で対になる父親由来の遺伝子をもつ染色体と母親由 来の遺伝子をもつ染色体を持っており、次の世代にはどちらか一方しか伝える ことは出来ません。これは卵や精子（生殖細胞）が作られるときに対となって いる 2 本の染色体のうち、どちらか１本だけが一つの生殖細胞に分配される ためです。この過程を減数分裂といいます。 染色体が１組であれば、父由来もしくは母由来の染色体をもつ 2 種類の生 殖細胞が作られます。ヒトの場合 23 組の染色体を持つので、223＝約 840 万種類の生殖細胞が作られます。受精は卵と精子が一つずつ出会い一緒になる ので、840 万× 840 万＝約 70 兆通りの組み合わせが考えられます。こうし てたった一つの出会いから、ひとりひとり違う新しい「いのち」が生まれるの です。2-4.
DNA は 4 種類の文字で設計図を書く「4 種類の核酸」
核酸（DNA、RNA）は“核”から発見された新種の“酸”性物質であった ことから 1971 年に“核酸”と名付けられました。核酸はヌクレオチドと呼 ばれるリン酸・糖・塩基からなる基本構造をもち（図．ヌクレオチドの基本構造）、 ヌクレオチド同士が結合して次々と連なった構造（ポリヌクレオチド）をとり ます（図．ポリヌクレオチドの基本構造）。 DNA の塩基にはアデニン（A）、チミン（T）、グアニン (G）、シトシン（C） の 4 種類しかありません。しかし、結合するヌクレオチドの数と並び方は無 数にあります。そのため、たった 4 種類の ATGC の塩基で、遺伝情報を DNA に記録できます。 RNA では糖の特定の場所に水酸基（-OH）が結 合していますが、DNA では酸素 O が抜け（＝デ オキシ）、水素（-H）が結合しています。 生殖細胞 父由来の染色体 母由来の染色体 DNA 複製 第二分裂 第一分裂 ＊しばしば父由来と母由来の 2 本の染色 体が部分的に混合して新たな染色体を つくること（交叉）が行われる。 対になる染色体 （相同染色体）が 並ぶ（対合）。 第一減数分裂 第二減数分裂 OH OH OH HO O O O CH2 OH H・OH H H H H O N P O P P O O 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ ヌクレオシド ヌクレオチド 塩基 DNA の場合は H、RNA の場合は OH CH2 O H・OH H H H H O N 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 塩基 O O P O- O ホスホジエステル結合 CH2 H・OH H H H H O N 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 塩基 O O P O- O CH2 H・OH H H H H O N 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 塩基 O O P O- O CH2 H・OH H H H H O N 5’ 4’ 3’ 2’ 1’ 塩基 O O P O- Oいきものコラム 「オワンクラゲの GFP 遺伝子で大腸菌が光る」 GFP はオワンクラゲの緑色蛍光タンパク質で、紫外線を当てると蛍光を発しま す。原核生物である大腸菌は外界から遺伝子を取り込んで形質転換します。そこ で、GFP の遺伝子を大腸菌に取込ませると、通常は紫外線を当てても光らなかっ た大腸菌を光らせることが出来ます。 これはオワンクラゲも大腸菌も、遺伝子の 本体として DNA をもち、その遺伝情報に 従ってタンパク質を合成しているためです。 そのため、生物種に関係なく、GFP を用いて、 細胞生物学・発生生物学・神経細胞生物学 DNA の二重らせん構造
2-5.
DNA の美しい構造「二重らせん」
遺伝子が DNA であることが証明されてまもなく、ワトソンとクリックによっ て、DNA が「二重らせん構造」をとっていることが明らかにされました。二 重らせん構造では、２本のポリヌクレオチド鎖がらせん状により合わさった構 造をとり、１本の鎖が上向き※ 1（5' → 3'）ならば他方の鎖は下向き（3' → 5'） に並ぶ対称構造になっています（図．DNA の二重らせん構造）。ポリヌクレ オチドの糖－リン酸の骨格はらせんの外側にあり、塩基は中央を向いて 水素結合によって互いに結合しています。塩基のアデニン（A）はチミン （T）と、グアニン（G）はシトシン（C）と塩基対（base pair, bp）を形 成します。遺伝情報となる塩基の並び方は、例えば 10 塩基対ならば 410 通り＝ 100 万通りも考えられます。ヒトでは、30 億個の塩基対が存在し、 複雑な遺伝情報を記録しています。 ワトソンとクリックによって DNA の二重らせん構造が明らかになったこと で、遺伝の仕組みを分子レベルで明確に説明できるようになりました。彼らの 発見は「分子生物学」という新たな学問の始まりでした。 軸 直径 2nm 3' 5' 3' 5' A A C G C G C G C G G C C G C G T A T T A A T A T A T T A T A T A T A T 1 回転の長さ （3.4nm） 主溝 （～2.2nm） 副溝 （～1.2nm） T C A G T C C G T T A G A デオキシリボースと リン酸 塩基 DNA の構造 ※ 1 ポリヌクレオチドには 5' 末端から 3' 末端 という方向性があります。らせんの骨格を 形成している糖－リン酸は糖の 5' 炭素分 子と次の糖の 3' 炭素分子と結合していま す。従ってポリヌレオチド鎖の 5' 末端には 遊離したリン酸基が 3' 末端には遊離したヒ ドロキシル基がついています。 Pick Up from MBL タグ抗体 遺伝子を組み替えて目的のタン パク質の DNA 配列に目印となる GFP などのタンパク質（タグ）の 配列を入れる方法が分子生物学で はよく行われます。タグ抗体はタ グがついたタンパク質の容易な検 出や精製を可能にします。 MBL では GFP 抗体など各種タグ 蛍光プローブ "Fucci" を用いた細胞周期のリアルタイム観察 野 沢 -上 阪 ： 供 提 ご 真 写 朝子 先生 , 宮脇 敦史 先生 （独立行政法人 科学技術振興機構 ERATO 宮脇生命時空間情報プロジェクト、独立行政法人 理化学研究所 脳科学総合研究センター 細胞機能探索技術開発チーム） G1 G1 / S S G2 M Fucci-S/G2/M Green Fucci-G1 Orange merge +DIC BrdU 10 μm Pick Up from MBL 人工遺伝子合成受託サービス MBL ネットワーク会社 IDT-MBL KK では人工合成遺伝子受託サー ビスを行っております。 gBlocks®（２本鎖 DNA 断片） お 客 様 が 設 計 し た 配 列（125 〜 2,000 bp）の直鎖状 2 本鎖 DNA を合成し、納品するサービスです。 I n - F u s i o n® 法 や G i b s o n Assembly®法と非常に相性の良い 製 品 で す。CRISPR/Cas9 に よ る ノックアウトマウスの作製にも使 われています。 Genes（２本鎖DNA +プラスミド）® お 客 様 が 設 計 し た 配 列（25 〜 2,000,000 bp） の 2 本 鎖 DNA を合成し、ベクターに挿入したプ ラスミドを納品するサービスで す。配列を確認した際のデータも 提供します。gBlocks® Gene FragmeNAME Reference NO. 200ng = fmole Sequence Name ご依頼の配列 5’ 5’ エラーのある配列 5’ 5’ （例）塩基置換 （例）短い配列 5’ 5’
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3-1.
生物は細胞の分裂により生きている「細胞周期」
１個の受精卵から細胞は分裂を繰り返して増殖し、成人では 60 兆個もの 細胞になります。さらに、生きている間、私たちの体では、毎日多くの体細 胞が死んでいきます。生物が生きていくためには、たえず新しい細胞が作ら れなくてはいけません。 私たちの体では、特定の細胞が細胞分裂を繰り返して新しい細胞を作って います。このような細胞は、細胞分裂を行う分裂期（M 期）と分裂を行わな い間期を繰り返しています。この周期性を細胞周期といいます。細胞周期に おいて間期はさらに G1期※ 1⇒ S 期⇒ G2期※ 2に分けられます。細胞が分裂 する際には、G1期に DNA の合成の準備が行われ、S 期に DNA が複製されま す。その後、細胞は G2期にさらに成長して分裂の準備をします。G2期の細 胞の核内には G1期の 2 倍量の DNA が存在します。 細胞周期の長さは細胞によって異なりますが、ヒトの細胞が増殖する際の 細胞周期は 1 日程度で、そのうち S 期は 6 〜 8 時間、M 期は 1 時間程度です。 肝臓の細胞は通常は細胞分裂を停止しており（G0期）、1 〜 2 年に 1 回しか 分裂しませんが、肝臓が切除されると G1期に戻り、細胞分裂を繰り返します。 一方、腸の上皮細胞には毎日 2 回以上分裂するものがあります。多くの体細 胞は細胞周期を離れており、決まった役割を担うようになっています。 ※ 1 G1期：細胞外からの情報を感知して、DNA 複製期（S 期）に進むか、休止期（G0期）に入るか、 分化するか、アポトーシス（参照：8-1．プログラムされた死「アポトーシス」p.87）に進むかを決 定します。 ※ 2 DNA 複製が正常に終了した事を確認し、M 期に進行します。 蛍光プローブ "Fucci" を用いた細胞周期のリアルタイム観察 野 沢 -上 阪 ： 供 提 ご 真 写 朝子 先生 , 宮脇 敦史 先生 （独立行政法人 科学技術振興機構 ERATO 宮脇生命時空間情報プロジェクト、独立行政法人 理化学研究所 脳科学総合研究センター 細胞機能探索技術開発チーム） G1 G1 / S S G2 M Fucci-S/G2/M Green Fucci-G1 Orange merge +DIC BrdU 10 μm3. 細胞周期ー遺伝情報の再分配
遺伝情報は細胞から細胞へと伝えられる
Pick Up from MBL 細胞周期のリアルタイム観察 Fucci（フーチ）Fucci (Fluorescent Ubiqutination-based Cell Cycle Indicator) は細胞 周期の進行を " リアルタイム " に 観察できる蛍光プローブです。S/ G2/M 期に緑色、G1期にオレンジ 色の蛍光が核に観察されます。 Fucci は、S/G2/M 期に増加し G1 期には存在しない Geminin と、G1 期に増加し S/G2/M 期には存在し ない Cdt1 という 2 つのタンパク 質に、それぞれ緑色 (monomeric Azami-Green1) と オ レ ン ジ 色 (monomeric Kusabira-Orange2) の蛍光タンパク質を融合して細胞 周期を可視化しています。 細胞の増殖や分化、がん細胞の挙 動などの生命現象における、細胞 周期の時間的、空間的なパターン M G2 S G1
細胞周期調節に関わる種々のサイクリンと CDK 細胞周期エンジンの活性制御
3-2.
細胞分裂のタイミングを決めるタンパク質「サイクリン」
細胞周期で重要なことは正確に遺伝情報を複製し、2 つの細胞に分配するこ とです。DNA に損傷がないか、DNA の複製が完了しているかなど、様々な段 階で細胞周期のチェックが行われています。 細胞周期のそれぞれのステージへの移行（チェックポイントの通過）に関与 するのが、サイクリン -Cdc2 キナーゼ※ 1複合体で、細胞周期のエンジンとも 呼ばれています。サイクリンは細胞周期のある時期でのみ発現されて、Cdc2 キナーゼを活性化し、その後すぐに分解されます。サイクリンは数種類（ヒト では 15 種類）存在し、それぞれ働く時期が異なり、細胞周期に応じて濃度が 変化します。Cdc2 キナーゼにも類似のタンパク質が複数存在し、まとめてサ イクリン依存リン酸化酵素 (Cyclin-dependent protein kinases: CDKs) と名 づけられています（図．細胞周期調節に関わる種々のサイクリンと CDKs）。 ヒトでは、4 種類の細胞周期エンジンが働いています。例えば、G2期から M 期への移行では、まずサイクリン B が CDK1 に結合して複合体を形成しま す。CDK1 は、2 つの自己リン酸化されたアミノ酸残基（14 番目のトレオニ ンと 15 番目のチロシン）が、Cdc25 によって両方とも脱リン酸化されるこ とにより活性化し、M 期へと移行します。また、M 期の終了にはサイクリン B の分解が必須です（図．細胞周期エンジンの活性制御）。 一方、細胞周期エンジンのブレーキとして備わっているのが CKI というタン パク質です。CKI は CDK やサイクリン -Cdc2 キナーゼ複合体に結合すること により、サイクリン -Cdc2 キナーゼ複合体の活性を阻害します。CKI が正常 に働かなくなると、サイクリン -Cdc2 キナーゼ複合体の活性が暴走して、細 胞は際限なく分裂し始め、がん細胞となります。 ※ 1 キナーゼ：アミノ酸をリン酸化する酵素。 タンパク質の機能調節とリン酸化・脱リ ン酸化については p.66 をご覧下さい。 Pick Up from MBL 細胞周期関連 キナーゼ活性測定キット 細胞周期、細胞分裂等の様々な細 胞内シグナル伝達に関与するキ ナーゼの異常は、多くのがんで見 られます。これらに特異的なアク チベーター、インヒビターは疾患 の治療薬として注目されており、 キナーゼ活性測定は、新規治療薬 開発の優れた指標になると考えら れています。 CycLex 社ではこれらの分子やキ ナーゼ活性を簡単、迅速に測定で きる ELISA キットを開発・販売し ています。 G1期 S 期 G2期 サイクリン D-CDK４/６ サイクリン B-CDK1 サイクリンの ユビキチン化 P P UU UU サイクリン分解 サイクリン分解 CDK 不活性型 サイクリンの分解により CDK は不活化します。 Cdc25 オーロラ A サイクリン D1-CDK4 サイクリン E-CDK2 活性化された サイクリン -CDK 複合体 P チェックポイント の通過 P P P CDK サイクリン リン酸化 阻害タンパク質 脱リン酸化 不活性型 CDK 活性型 Cdc7-ASK 染色体分離 適応 腫瘍形成 M期破壊 DNA 複製開始 Chk1/Chk2 ATM/ATR/DNA-PK サイクリン A-CDK2 PLK1 細胞周期の進行とサイクリン-CDKの活性制御 M 期 G1期 S 期 G2期 サイクリン D-CDK４/６ サイクリン B-CDK1 サイクリンの ユビキチン化 P P UU UU サイクリン分解 CDK 不活性型 サイクリンの分解により CDK は不活化します。 Cdc25 オーロラ A サイクリン D1-CDK4 サイクリン E-CDK2 活性化された サイクリン -CDK 複合体 P チェックポイント の通過 P P P CDK サイクリン リン酸化 阻害タンパク質 脱リン酸化 不活性型 CDK 活性型 Cdc7-ASK 染色体分離 適応 腫瘍形成 M期破壊 DNA 複製開始 Chk1/Chk2 ATM/ATR/DNA-PK サイクリン A-CDK2 PLK1 細胞周期の進行とサイクリン-CDKの活性制御 M 期DNA と染色体
