2019 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 概 論 授 業 予 定

（ 授 業 の 進 み 具 合 に よ っ て 変 更 の 可 能 性 が あ り ま す ）

黒 字 は 、 講 義 に よ る 解 説 。 青 字 は ウ ェ ブ を 使 っ た 実 習 を 示 し ま す 。 黄 色 の 網 掛 け は 、 重 要 な

キ ー ワ ー ド

第 1 回 10 月 1 日 授 業 概 要 説 明

Bioinformatics と は ？

ゲ ノ ム - 遺 伝 子 -mRNA- タ ン パ ク 質 の 関 係 の 復 習 （ Ｄ Ｖ Ｄ ）

さ ま ざ ま な デ ー タ ベ ー ス ・ ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス に 触 れ て み る

第 2 回 10 月 8 日 配 列 デ ー タ ベ ー ス に つ い て の 解 説

配 列 デ ー タ ベ ー ス か ら の 塩 基 配 列 と ア ミ ノ 酸 配 列 の 取 り 出 し 方

配 列 エ ン ト リ ー の 見 方

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析

次 世 代 シ ー ケ ン シ ン グ の 原 理

第 3 回 10 月 15日

ホ モ ロ ジ ー 検 索 （ BLAST 検 索 ） に つ い て の 解 説

BLAST 検 索 の 実 習 （ 1/2 ） （ BLASTP ）結 果 の 見 方

ゲ ノ ム 解 読 － １

「 ヒ ト 全 ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト （ 階 層 的 シ ョ ッ ト ガ ン シ ー ケ ン ス

法 ） 」 に つ い て の 解 説

ヒ ト ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク ト の 歴 史 ・ 戦 術

連 鎖 地 図 の 作 製

BAC ラ イ ブ ラ リ ー の 作 製 、 整 列 化

BAC ラ イ ブ ラ リ ー の シ ョ ッ ト ガ ン シ ー ケ ン ス

配 列 の ア セ ン ブ リ ー 、 コ ー ド 配 列 の 予 測 （ ア ノ テ ー シ ョ ン ）

宿 題 （ １ ） ： 配 布

第 4 回 10 月 29日

BLAST 検 索 の 実 習 （ ２ /2 ） （ BLASTN, BLASTX, TBLASTX ）

ゲ ノ ム 解 読 － ２

Whole genome shotgun sequence一 昔 前 の 方 法 ： Plasmid vector と Fosmid vector 、 蛍 光 シ ー ケ ン

サ ー を 使 っ た 配 列 解 読

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 を 使 っ た 方 法

（ 配 列 情 報 の な い 生 物 の de novo シ ー ケ ン ス ）

1

次 世 代 シ ー ケ ン ス で 読 み 取 ら れ た リ ー ド の 情 報 処 理 （ 遺 伝 研 パ

イ プ ラ イ ン ）

第 5 回 11 月 5 日 配 列 解 読 で 明 ら か に な っ た 各 種 生 物 の 遺 伝 子 レ パ ー ト リ ー

特 定 の 生 物 種 の 配 列 デ ー タ ベ ー ス を 使 っ た BLAST 検 索 （ NCBI, BLASTの ペ ー ジ か ら ）

ゲ ノ ム ブ ラ ウ ザ Ensembl Genome Browser の 利 用

ゲ ノ ム 塩 基 配 列 を ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス か ら 取 り 出 す

取 り 出 し た プ ロ モ ー タ ー 配 列 か ら 転 写 因 子 が 結 合 す る

Consensus配 列 を 予 測 す る

宿 題 （ ２ ） ： 配 布

第 6 回 11 月 12日

タ ン パ ク 質 の 構 造 に つ い て の 解 説 （ シ グ ナ ル ペ プ チ ド 、 疎 水 ・ 親 水

性 プ ロ ッ ト 、 ド メ イ ン 構 造 ）

塩 基 配 列 か ら ア ミ ノ 酸 配 列 へ の 変 換

デ ー タ ベ ー ス （ UniProt） を 使 っ て タ ン パ ク 質 の 機 能 を 調 べ る

ウ ェ ブ サ イ ト を 使 っ た タ ン パ ク 質 の 構 造 解 析 -1分 子 量 と 等 電 点 の 予 測

シ グ ナ ル ペ プ チ ド の 予 測

“ 宿 題 （ １ ） ： 提 出 ”

第 7 回 11 月 19日

ウ ェ ブ サ イ ト を 使 っ た タ ン パ ク 質 の 構 造 解 析 -2糖 鎖 結 合 部 位 の 予 測

ド メ イ ン 構 造 の 予 測

配 列 ア ラ イ メ ン ト に つ い て の 解 説

ペ ア ワ イ ズ ア ラ イ メ ン ト の 実 際

宿 題 （ 3 ） 配 布

第 8 回 11 月 26日

分 子 系 統 樹 に つ い て

多 重 配 列 ア ラ イ メ ン ト の 実 習 と 見 方 （ CLUSTALW ）

分 子 系 統 樹 の 作 製

分 子 系 統 樹 か ら 分 か る こ と

ゲ ノ ム 構 造 の 変 化 と 生 物 進 化

2

全 ゲ ノ ム の 重 複 、 遺 伝 子 の 重 複 と 遺 伝 子 レ パ ー ト リ ー の 増 加

オ ル ソ ロ グ と パ ラ ロ グ の 発 生

第 9 回 12 月 3 日 代 謝 経 路 デ ー タ ベ ー ス （ KEGG ） の 利 用 － １

KEGG を 使 っ た 演 習

デ ー タ ベ ー ス を 使 っ て 、 insulin の パ ス ウ ェ ー 、 hedgehogの 細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 、 dopamine の 合 成 経 路 、 合 成 部

位 、 作 用 機 序

宿 題 （ ２ ） 提 出

第 10回

12 月 10日

代 謝 経 路 デ ー タ ベ ー ス （ KEGG ） の 利 用 － ２

KEGG を 使 っ た 演 習

薬 剤 の 構 造 、 副 作 用 等 に つ い て 情 報 収 集 す る

論 文 の 構 成 、 総 説 の 内 容

研 究 計 画 立 案 、 レ ポ ー ト ・ 論 文 作 成 に必要 な 文献情 報 収 集

文献検 索 （ PubMed, 大学図書館On line journals ）

EndNote に つ い て （ 文献管理 ・ 論 文 作 成 用 ソ フ ト ）

第 11回

12 月 17日

ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 － １ ： ゲ ノ ム編集 （ 遺 伝 子編集 ）技術

CRISPR/Cas9 に よ る ゲ ノ ム編集 の 原 理 （動画 を 使 っ た 説 明 ）

ゲ ノ ム編集 の農学、医療へ の応用

プ ロ グ ラ ム を 使 っ て オ フ タ ー ゲ ッ ト の な い タ ー ゲ ッ ト 配 列 を設

計 す る

宿 題 （４） 配 布

“ 宿 題 （３） 提 出 ”

第 12回

12 月 ２ 4日

酒井先生

Blast 検 索 、 ClustalW 、 分 子 系 統 樹 の ア ルゴリ ズ ム と 原 理

第 13回

1 月 7 日 ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 - ２ ：比較ゲ ノ ム （ Comparative Genomics ）

進 化 に伴う染色体構 造 の 変 化 （ 繰り返し 配 列 の 発 生 、 シ ン テ

ニー領域）

プ ロ グ ラ ム を 使 っ て シ ン テニー を 調 べ る

3

第 14回

1 月 14 日 次世代シーケンス解析－応用 1ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 （ RNA-seq ） の 生 物 研 究 へ の応用

バ イ オ デ ー タ ベ ー ス の 利 用 （ 遺 伝 子 の 機 能 、 発現、 遺 伝 性疾患）

OMIM (Online Menderian Inheritance in Man)MGI (Mouse Genome Informatics)ZFIN (The Zebrafish Model Organism Database)

第 1 ５

回

最終回

1 月 21 日 次世代シーケンス解析－応用2Exome 解 析 ： エ ク ソ ン の み に絞っ て 配 列 を比較す る こ と に よ

る 、 遺 伝形質 の 原 因 遺 伝 子 の同定 ( 一 遺 伝 子 の 変異で メ ン デ ル

遺 伝 す る 遺 伝 子疾患に有効 )Genome Wide Association Study (GWAS) ： SNP マーカー を

使 っ た 遺 伝形質 の責任遺 伝 子 の同定 ( 複数遺 伝 子 が 関与し 、 こ

れ ま で 解 析困難で あ っ た 遺 伝形質 にも有効 )ヒ ト GWAS デ ー タ ベ ー ス の 利 用

“ 宿 題 （４） 提 出 ”

授 業評価

4

10 月 1 日 （ 第 1 回 ）

講 義

１ ） 授 業 の 予 定 と 進め方 （評価方 法 ： 4 回 の 宿 題 で評価）

２ ） 遺 伝 子 の 構 造 に つ い て の 復 習 ： パ ワ ー ポ イ ン ト の ファイ ル を参照

３） 遺 伝 子 、 転 写 、翻訳の 復 習 （ DVD を 使 っ て ）

４） 「 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 」 と は ？

５） ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス （動物 、植物 、菌類、 バ ク テ リ ア ） を開け て み る

６） そのほか 、 代表的 な デ ー タ ベ ー ス を開け て み る

使 用 す る DVD ： 講談社ブ ル ー バ ッ ク ス B1582 「 見 てわか る DNA の しくみ 」

今日 は 第 一 回目の 授 業 で す の で 、最初に今年の 授 業 予 定 を紹介し ま す 。 こ の 授 業 は 、 「 講

義 」 と 「 コ ンピュー タ ー を 使 っ た 実 習 」 で 進めま す 。 実 習 で は 、 ウ ェ ブ上で公開さ れ て い る

デ ー タ ベ ー スや配 列 解 析 プ ロ グ ラ ム を 使 い ま す 。

現在で は 、 多様な 生 物 の ゲ ノ ム 配 列 が 解 読 さ れ 、 配 列 は 一般にも利 用 できる ように 整備さ れ

て い ま す 。どの ような 生 物 で ゲ ノ ム 解 読 が行われ て い る の か 、今日 は 、 ウ ェ ブ サ イ ト （ NCBI, Ensembl ） を 使 っ て少し のぞい て み ま しょう。詳し い 使 い 方 は 、 こ れ か ら の 授 業 で教えま す 。

ま た 生 物学、 分 子 生 物学、農学研 究 に 利 用 できる デ ー タ ベ ー ス にどの ようなもの が あ る かも、

概 要 を紹介し ま す 。

なおこ の テ キ ス ト で は 、その 日 の 授 業 で行う講 義 内 容 と コ ンピュー タ ー を 使 っ た 実 習 に つ い

て 、操作 方 法 を含めて簡単に 説 明 し て あ り ま す 。必要 に応じて 、 コピー 、 プ リ ン ト ア ウ ト し て

下さ い 。 講 義 で 使うパ ワ ー ポ イ ン ト の 図 は 、 プ リ ン ト し たもの を資料と し て 配 布 し ま す （単行

書やウ ェ ブ を コピー し た ペ ー ジ が あ る ため、版権の問題 が 発 生 す る かもし れ な い の で 、 pdf は

配 布 し ません） 。毎回 、翌週の プ リ ン ト を 配 り ま す の で 、 こ の テ キ ス ト と 配 布資料を 使 っ て 、

予 習 ・ 復 習 し て下さ い 。

参考に な る本を こ の ファイ ル の最後に紹介し て あ り ま す 。おそらく農学部 の 図書館にほとん

どあ る と思い ま す 。

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実 習

2 つ の ウ ェ ブ サ イ ト を開い て 、どの ような 生 物 で ゲ ノ ム 情 報 が 利 用 できる か 調 べ て み よう

1. NCBI (National Center for Biotechnology): http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genome Data Viewer

2. Ensembl Genome Browser: http://asia.ensembl.org/index.html 3. GenomeNet, UniProt, CISPRdirect

5

6

10 月 8 日 （ 第 2 回 ）

今日 の 授 業 内 容

1. 実 習 ： デ ー タ ベ ー ス か ら の ア ミ ノ 酸 配 列 、 塩 基 配 列 の 取 り 出 し 方

2. 実 習 ： 配 列 エ ン ト リ ー に 示 さ れ て い る 情 報 に つ い て

3. 講 義 ： 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 原 理

実 習

塩 基 配 列 ・ ア ミ ノ 酸 配 列 の 収 集

配 列 デ ー タ ベ ー ス か ら必要 な タ ン パ ク 質 の ア ミ ノ 酸 配 列 、 遺 伝 子 の cDNA 塩 基 配 列 の 取 り 出 し

方 を 実 習 し ま す .

ア ミ ノ 酸 配 列 の 取 り 出 し 方

使 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ： NCBI.先頭ペ ー ジ右側に あ る Popular Resources の中の 「 Protein 」 を 使 用 す る .あ る い は左上（ All databases ） か ら選ぶこ とも可 能 .

キ ー ワ ー ド に よ る 検 索

例： cow, prion で キ ー ワ ー ド 検 索 し て み よう

cow, prion と 関 連 す る タ ン パ ク 質 が 多数リ ス ト さ れ る が 、先頭の 2 つ が目的 の

配 列

タ ン パ ク 質名（ 青 字 ） を ク リ ッ ク す る と 配 列 エ ン ト リ ー が表示 さ れ る （ 見 方 は

配付資料を参照）

FASTA を ク リ ッ ク す る と 配 列 が FASTA format で表示 さ れ る

配 列 は 、別の ファイ ル に コピー できる .Graphics で は 、 タ ン パ ク の 構 造 が表示 さ れ る

Identical Proteins で は 、別の名前 が付け ら れ て い る同一 タ ン パ ク 質 が表示 さ

れ る

Related Sequences で は 、 関 連 す る タ ン パ ク 質 が表示 さ れ る

FASTA format 塩 基 配 列 と ア ミ ノ 酸 配 列 の ファイ ル フ ォ ー ム

「 > 」 で始ま る １行が コ メ ン ト （ 遺 伝 子名や任意の番号やコ メ ン ト ） を記述す る た

めに 用意さ れ ており 、続く２行目か ら 塩 基 配 列 あ る い は ア ミ ノ 酸 配 列 を記述す る 。

最後に改行し て 「 // 」 を記載し 、 １ つ の 配 列 の記述が完了す る ( 記号「 // 」 は なく

てもよ い；普通、付け な い ) ．

ホ モ ロ ジ ー 検 索 、 多 重 ア ラ イ メ ン ト 、 分 子 系 統 樹 作 成 等 で 使うフ ォ ー ム .7

デ ー タ ベ ー ス をその ま ま コピー し たもの

>NP_001258555.1 major prion protein preproprotein [Bos taurus]MVKSHIGSWILVLFVAMWSDVGLCKKRPKPGGGWNTGGSRYPGQGSPGGNRYPPQGGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGGWGQGGTHGQWNKPSKPKTNMKHVAGAAAAGAVVGGLGGYMLGSAMSRPLIHFGSDYEDRYYRENMHRYPNQVYYRPVDQYSNQNNFVHDCVNITVKEHTVTTTTKGENFTETDIKMMERVVEQMCITQYQRESQAYYQRGASVILFSSPPVILLISFLIFLIVG//1 行 目 は 、 必 要 に 応 じ た ネ ー ミ ン グ に す る こ と が 可 能 ． 例 え ば 、

>cow_prion_protein ．文 字間の ス ペ ー ス は 、空にせず _ と す る 方 が よ い．空きス

ペ ー ス が あ る と 、 配 列 を認識し な い プ ロ グ ラ ム が あ る の で．

>cow_prion_proteinMVKSHIGSWILVLFVAMWSDVGLCKKRPKPGGGWNTGGSRYPGQGSPGGNRYPPQGGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGWGQPHGGGGWGQGGTHGQWNKPSKPKTNMKHVAGAAAAGAVVGGLGGYMLGSAMSRPLIHFGSDYEDRYYRENMHRYPNQVYYRPVDQYSNQNNFVHDCVNITVKEHTVTTTTKGENFTETDIKMMERVVEQMCITQYQRESQAYYQRGASVILFSSPPVILLISFLIFLIVG

塩 基 配 列 の 取 り 出 し 方

使 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ： NCBI. Popular Resources の中の 「 Nucleotide」 を 使 用 す る

１． キ ー ワ ー ド に よ る 検 索

例： cow, prion で キ ー ワ ー ド 検 索 し て み よう

cow, prion の 配 列だけ で なく、 関 連 遺 伝 子も多数検 索 さ れ てくる ため、必要 な

配 列 を 見 つ け る必要 が あ る .Bos taurus prion (PRNP), transcript variant 1, mRNA が

今回 、欲し い 配 列 で あ る .上の 遺 伝 子 質名を ク リ ッ ク す る と 配 列 エ ン ト リ ー が表示 さ れ る （ デ ー タ の 見 方

は 配付資料を参照の こ と ）

FASTA を ク リ ッ ク す る と 配 列 が FASTA format で表示 さ れ る

配 列 は 、別の ファイ ル に コピー できる .Graphic で は 、 ゲ ノ ム上の 位置が表示 さ れ る

２．ア ク セ ッ シ ョ ン番号に よ る 検 索

accession number=DDBJ/EMBL/GenBank 国際 塩 基 配 列 デ ー タ ベ ー ス におい て 各登録

単 位 （ エ ン ト リ ー ； 各 遺 伝 子 ） に 発 行 さ れ る エ ン ト リ ー 識 別 子 （ entry identification, ID ） を指す 。

例： NM_001271626 （ entry identification, ID ） で 検 索 し て み よう

なお表示 結 果 の詳細 な 説 明 は 、 次 の サ イ ト で閲覧できま す 。

http://hinv.ddbj.nig.ac.jp/manual_cdna-j.html

配 列 エ ン ト リ ー に 示 さ れ て い る デ ー タ

遺 伝 子名、 生 物名、学名、 遺 伝 子座、 遺 伝 子 ク ロ ーニン グ を行っ た 論 文 リ ス ト 、翻訳

8

開始・終了点 、 ド メ イ ン 構 造 、 塩 基 配 列 、 ア ミ ノ 酸 配 列 （ 配付資料で は 、 zebrafish, prion (NM_205586) を 使 っ て 説 明 し て あ り ま す ）

講 義

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 の 原 理

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 の 利 用 に つ い て は 、 配付し た 日本分 子 生 物学会に よ る資料も参考に

し て下さ い 。

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 に つ い て

　次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 は 、 こ の数年で 実 用 化 さ れ た DNA シ ー ク エ ン ス 解 析技術 で 、

その 原 理 は従来の サ ン ガ ー 法 に 基づい た 蛍 光 シ ー ク エ ン サ ー と は異な り 、 ガ ラ ス 基盤

（ フ ロ ー セ ル ） に固着し た プ ラ イ マ ー を鋳型に し て （ ブ リ ッ ジ PCR ） 、 基板上で １ 塩

基 の伸長反応ごと に 結 合 し た 塩 基 を 蛍 光 検 出 し ま す （ Sequence by synthesis ） 。 ナ ノ

技術 に よ り 、 1mm 四方 で万単位 の シ ー ク エ ン ス 解 析 が 可 能 で す 。最も汎用 さ れ て い

る Illumina 社の HiSeq2500 で は 、 1 リ ー ド の リ ー ド長は 125bp と短い で す が 、 シ ー ケ

ン サ ー を 一度動か す と （ １ ラ ン ） で 80 億リ ー ド が 読 ま れ ま す 。 つ ま り 1 ラ ン で 、

1000 Gbp （ギガ =10 億） の 配 列 が得ら れ る こ と に な り ま す 。 ヒ ト の ゲ ノ ム サ イ ズ は

約 3 Gbp な の で 、その x300 が 読 ま れ る こ と に な り ま す 。現在で は 、個人の ゲ ノ ム 解

読も可 能 で す 。

従来の 蛍 光 シ ー ケ ン サ ー で は 、 1 ラ ン で 700bp の リ ー ド が 96 、 総 計約 67kb の 塩

基 配 列 が得ら れ る の に比べ る と 、 オ ーダー が千万単位違い ま す 。 つ ま り 次 世 代 シ ー ケ

ン サ ー が 1 台 で 、 蛍 光 シ ー ケ ン サ ー の 千 万 台 分 の 解 析 能 力 が あ る わ け で す 。

HiSeq2500 で は 、 ペ ア エ ン ド の シ ー ク エ ン ス 解 析 （約 300bp の断片を両側か ら 125bp読む） が 可 能 で す．シ ン グ ル エ ン ド の シ ー ケ ン ス 解 析 に比べ 、 ペ ア 情 報 は 配 列 を コ ン

テ ィ グ に繋ぐ時に非常に有用 に な り ま す 。従っ て 、 de novo genome sequencing, de novo transcriptome 解 析 に は ペ ア エ ン ド の シ ー ク エ ン ス 解 析 が必須で す 。

　世 代 シ ー ケ ン サ ー は 1 台が数億円す る ため、 研 究室で購入す る こ と は非現実 的 で す

が 、依頼解 析 が随分廉価と な り 、 す で に農学研 究 でも汎用 さ れ て い ま す 。農学が対象

と す る 生 物も、ほぼ全 て の 種 の ゲ ノ ム 解 読 が終わっ て い ま す 。今後は 系 統間の 塩 基 配

列 の違い を 調 べ 、 遺 伝形質 と 配 列 と の 関 係 を 解 析 す る こ と が 重 要 に な る と思われ ま す 。

　こ こ で注意し な け ればな ら な い こ と は 、 1 レ ー ン あ た り 125bp の 配 列断片が約 7 億個得ら れ る と言うこ と で 、その 解 析 は とうて い人の手に負える はずは なく、 コ ン

ピュー タ ー 解 析技術 が必須で す 。 ゲ ノ ム に し ても cDNA の 配 列 を 読むに し ても、最初

に 125bp の 配 列断片か ら 重 な り 合う部 分 を探し て 、 配 列 を コ ン テ ィ グ に つ なげる必要

が あ り ま す 。 配 列 解 析 の バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス は現在非常に 重 要 に な っ ており 、

まだ人材不足の状況で す 。 と り あえずは 、 遺 伝 研 の パ イ プ ラ イ ン 等 を 使えば、普通に

必要 な 解 析 は誰に でもできま す 。

　実験区毎に 複数サ ン プ ル （例えば、 3 サ ン プ ル ） を 解 析 し て 、 実験区間で 発現が 統

計 的 に有意に異な る 遺 伝 子 を探し た り す る に は 、 統 計 処 理 を行っ てくれ る プ ロ グ ラ ム

を 使 用 す る必要 が あ り ま す 。 こ の 関 連 の プ ロ グ ラ ム は R 言語で動くもの た開発 さ れ て

9

おり 、無料でダウ ン ロ ー ド し て 解 析 を 進める こ と が 可 能 で す 。是非、勉強し て 利 用 し

て み て下さ い 。

　授 業 で は 、 （ １ ） 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 塩 基 配 列 解 読 原 理 、 （ ２ ） 次 世 代 シ ー ケ ン

ス 解 析 の 利 用 方 法 に つ い て 講 義 し ま す 。

次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 解 析 原 理 等 は 、国立 遺 伝学研 究所　先端ゲ ノ ミ ク ス推進 セ ン

タ ー の ホ ー ム ペ ー ジ が参考に な る

http://genome.nig.ac.jp/glossary/glossary11.html

10

10 月 15 日 （ 第 3 回 ）

今日 の 授 業 内 容

１． 実 習 ： ホ モ ロ ジ ー 検 索　BLASTP２． 実 習 ： 検 索 結 果 の 見 方

３． 講 義 ： ヒ ト ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト （ 階 層 的 シ ョ ッ ト ガ ン 法 ）

実 習

ホ モ ロ ジ ー 検 索 （ BLAST検 索 ） 1/3　遺 伝 子やゲ ノ ム を扱う研 究 で 使 用 す る 機会が最も多 い プ ロ グ ラ ム が 、 塩 基 配 列やア ミ ノ 酸

配 列 の ホ モ ロ ジ ー （相同性 ） 検 索 プ ロ グ ラ ム で す．実験で新し い 塩 基 配 列 が得ら れ た時に 、

遺 伝 子 を同定 す る ために 、最初に行う操作 が相同性 検 索 でだか ら で す．相同性 検 索 に よ り 、

ク ロ ーニン グ し た 遺 伝 子 が 、 デ ー タ ベ ー ス に登録さ れ て い るどの 遺 伝 子 と類似し て い る か を

知る こ と が できま す．

次 世 代 シ ー ク エ ン ス 解 析 で得ら れ た 配 列 を ゲ ノ ム 配 列 に マ ッ プ す る 際 にもBLAST 検 索 が 用

い ら れ ま す．ゲ ノ ム 解 読 さ れ て い る 生 物 で あ れば、 100bp の短い 配 列 （ 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー

の 解 析 で は 、 1 リ ー ド は 100-120bp ） でもゲ ノ ム のどの 位置に あ る か を 調 べ る こ ともできま

す．ま た 次 世 代 シ ー ク エ ン ス 解 析 を 使 っ た ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 （組織に 発現す る 遺 伝

子 を 網羅的 に 配 列 解 読 と 遺 伝 子 の 特 定 、 発現量 の 解 析 が できる ） で は 、 解 読 し た 配 列 は ホ モ

ロ ジ ー （相同性 ） 検 索 の BLASTX で 遺 伝 子 の 種類を判別さ れ ま す．

　授 業 で は 、 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プ ロ グ ラ ム を 用 い ま す 。今日 は 、

塩 基 配 列 ・ ア ミ ノ 酸 配 列 の デ ー タ ベ ー ス 、問い 合わせ配 列 と デ ー タ ベ ー ス の組合せ、 各組合

せで 使う BLAST プ ロ グ ラ ム に つ い て 説 明 し ま す．その あ と テ ス ト 配 列 （ ア ミ ノ 酸 配 列 ） を

使 っ て 、 実 際 に BLAST 検 索 を行い ま す．

ホ モ ロ ジ ー （ homology ） 検 索 、 と は ？

問い 合わせ配 列 (query sequence) に対し 、類似し た 配 列 を デ ー タ ベ ー ス か ら探し 出 す

操作．最も高頻度に 利 用 さ れ る バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス の手法 のひと つ．

検 索 内 容 ：

例） 実験で ク ロ ーニン グ し た 遺 伝 子 の 種類を 特 定 す る 。それ が コ ー ド す る ア ミ ノ 酸 配

列 が デ ー タ ベ ー ス に登録さ れ て い る 遺 伝 子 、蛋白質 のどれ と 、 ま たどの程度類似す る

か ？

遺 伝 子 配 列 デ ー タ ベ ー ス ： GenBank, DDBJ, EMBL

最 も広 く 利 用 さ れ ており 、 検 索 が高 速 な プ ロ グ ラ ム が BLAST(Basic Local Alignment Search Tool) で す （ 昔 、 FASTと言うプ ロ グ ラ ムも使われ て い た が 、現在はほとんど見

か け な い ）

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検 索 の組合せ　　　　　　　　　　問い 合わせ配 列　対　デ ー タ ベ ー ス

----------------------------------------------------――――――――――――――――――-----------------BLASTN 　　　　　　　　　 塩 基 配 列 対 塩 基 配 列 デ ー タ ベ ー ス

BLASTP 　　　　　　　　　 ア ミ ノ 酸 配 列 対 ア ミ ノ 酸 配 列 デ ー タ ベ ー ス

BLASTX 　塩 基 配 列 （ ア ミ ノ 酸 配 列 に置換 ） 対 ア ミ ノ 酸 配 列 デ ー タ ベ ー ス

TBLASTN 　　　　　　　　　 ア ミ ノ 酸 配 列 対 塩 基 配 列 デ ー タ ベ ー ス （ ア ミ ノ 酸

配 列 に置換 ）

TBLASTX 塩 基 配 列 （ ア ミ ノ 酸 配 列 に置換 ） 対 塩 基 配 列 デ ー タ ベ ー ス 塩 基 配 列 （ ア ミ ノ

酸 配 列 に置換 ）

----------------------------------------------------――――――――――――――――――-----------------

配 列 の 種間変異の激し い 遺 伝 子 の場合 （ サ イ トカイ ン 等 ） 、 塩 基 配 列 を BLASTN 検 索 し て

も相同遺 伝 子 が デ ー タ ベ ー ス か ら 検 出 さ れ な い こ と が あ る．その場合 でも、 BLASTX な ら

相同遺 伝 子 が ヒ ッ ト す る こ と が 多 い．その ため、 塩基配列を 問い 合わ せ 配列に相同検索す る 場合、通常、BLASTX が 用い ら れ る ．

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BLAST 検 索 の 原 理 １． ホ モ ロ ジ ー が観察さ れ る 配 列間の局所ア ラ イ メ ン ト に は 、 多くの場合 、ギャッ プ を含ま

な い保存領域が存在す る 。 BLAST で は 、その ような局所保存領域（ ワ ー ド ） を まず高速

に 検 索 す る 。

２． 一致し た ワ ー ド か ら ア ラ イ メ ン ト を 配 列 に沿っ てそれぞれ の 方向に拡張し て いき、 ス コ

ア が 増 加 す る ま で続け る 。拡張処 理 は 、 ス コ ア の 増 加 が止ま り 、伸ばす 前 の ベ ス ト ス コ

ア よ り減少し始めた時に終了す る 。 こ の時点 で 、 HSP (high-scoring segment pair) と呼ば

れ る 、大きな 配 列領域が 見 つ か る 。 こ の時点 でギャッ プ が あ る とそこ か ら先に は伸長し

て い な い 。

３． 一般に 、 ア ミ ノ 酸 配 列 と 塩 基 配 列 に はギャッ プ が 生じて い る ため、 HSP の み で は類似領

域の 検 索 と し て不十分 で あ る 。そこ で 、 BLAST で は 、 HSP におい て対応す る 位置に存在

す る 1 組の記号の ペ ア を適切に選び、類似度の高い領域は こ の ペ ア を含むもの と仮定 し

て 、動的 計 画 法 と呼ばれ る 方 法 を 用 い て類似領域を探索 す る 。 HSP か ら選んだペ ア を起

点 と し て探索範囲を狭く取 る こ と に よ っ て 、類似度の最適性 は保証さ れ な いもの の 、従

来の動的 計 画 法 と比較し て高速な類似領域の探索 を 実現し て い る 。

ス コ アア ミ ノ 酸 配 列 の場合 ： BLOSUM62 ス コ ア （ ア ミ ノ 酸 の組合せに よ っ て値が決めら れ て い る ）

塩 基 配 列 の場合 ：値は同じ塩 基 、異な る 塩 基 の組合せで の み決めら れ て い る

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BLASTP 実 習

下記の 2 つ の ア ミ ノ 酸 配 列 は 、当研 究室で行われ た 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー を 使 っ た De novo transcriptome 解 析 で得ら れ た 塩 基 配 列 か ら推定 さ れ た ア ミ ノ 酸 配 列 で す 。 サ サ ウ シ ノ シ タ

と言う非モ デ ル 生 物 の 配 列 で 、 まだデ ー タ ベ ー ス に登録さ れ て い ません。

12

BLASTP の操作手順

１．NCBI 先頭ペ ー ジ右上 Popular Resources か ら BLASTを選択す る 。 Basic BLASTに上記 5 種類の BLAST プ ロ グ ラ ム の ア イ コ ン が あ る．

２． protein blastを ク リ ッ ク す る 。 ア ミ ノ 酸 配 列 (FASTA format) を枠内 に コピー す

る 。 Database (non-redundant protein sequences (nr) ), Algorithm (blastp; protein-protein BLAST) は 、 デ フ ォ ル ト の ま ま で よ い．

３．BLASTのボタ ン を押し て 、 検 索 を開始す る 。

>bamboo_sole_Pcna_protein

MFEARLVQGSILKKVLEALKDLITEACWDVSSSGISLQSMDSSHVSLVQLTLRHDGFDSYRCDRNLAMGVNLSSMSKILKCAGNE

DIITLRAEDNADTLALVFETINQEKVSDYEMKLMDLDVEQLGIPEQEYSCVVKMPSGEFARICRDLSQIGDAVMISCAKDGVKFS

ATGELGTGNVKLSQTSNVDKEEEAVTIEMNEPVQLIFALNYLNFFTKATPLSKTVTLSMSADIPLVVEYKIADMGHVKYYLAPKI

DEEAS

>bamboo_sole_Shh_protein

MLLWTRIALVALMCLSLVSSGMGCGPGRGYGRRRHPKKLTPLAYKQFIPNVAEKTLGASGRYEGKITRNSERFKELTPNYNTDII

FKDEENTGADRLMTQRCKDKLNSLAISVMNQWPGVKLRVTEGWDEDGHHFEESLHYEGRAVDITTSDRDKSKYGTLSRLAVEAGF

DWVYYESKAHIHCSVKAENSVAAKSGGCFPGSSTVTLEDGTRKAVRDLQTGDKVLAADTRGQLIYTDFIMFIDQDSTTRRLFHVI

ETDSGQKITLTAAHLLFVGHNGTSAETQGGRMSAIFASQVRPGQRVFVFDTERSELQPVTVKRIYTQEHEGSFAPVTVQGTVVVD

QVLASCYAVIEDHELAHWALAPVRLAHWVSSLLFSSQHQSRAQSDGVHWYSKVLYQLGTWILDSHSIHPLGMSVYPS

>ACC_oxydase_orange_protein

MENFPVISLENINGAERAAILEKINEACEKWGFFELVNHGIEPEFMDTVERLTKAHYRKCMEQRFKELVASRALEGI

QTEVNDMDWESTFYVRHLPQSTINEVPDLDEEYRKVMKEFALKLEKLAEELLDLLCENLGIEKGYLKKVFHGANGPT

FGTKVSNYPPCPKPDLIKGLRAHTDAGGIILLFQDDKVSGLQLLKDGQWIDVPPLRHSIVVNLGDQIEVITNGKYKS

VEHRVVSQTDGEGRMSLASFYNPGSDAVIYPAPALLEKEAEKKQVYPKFVFEDYMKLYVPLKFQAKEPRFEAMKAVE

TNVNLGPIATA

（ 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase 、エ チ レ ン 合 成酵素）

PSI-BLASTP, PHI-BLAST: 比較的最近開発 さ れ た プ ロ グ ラ ム で 、 系 統 的 に離れ た 生 物 あ

る い は 関 連 遺 伝 子 を 検 索 す る場合 に 利 用 す る . 種間の保存性 が低い 遺 伝 子 の場合 に

利 用価値が高い .

検 索 結 果 の 見 方 ：

グ ラ フ ィ ッ ク の 次 に 示 さ れ て い る数値の 説 明

E-value ： 検 索 結 果 は 、 Query 配 列 と相同性 を 示 す 配 列 の ア ラ イ メ ン ト 結 果 が表示

さ れ る 。 e-value は 、 検 索 に 使 っ た デ ー タ ベ ー ス の な か で 、 Query の局所配 列 と

検 索 配 列 の組合わせが 、偶然に み つ か る個数を 示 す 。相同性 が高いほど、値は 0に近づく（最も重 要 な デ ー タ ：蛋白質 の場合 、 e-3あ た り が 関 連 遺 伝 子 か ？ 、そう

で な い か を判断す る 基準と な る；実 際 に は ア ラ イ メ ン ト の デ ー タも参考に し て判

定 す る必要 が あ る ） 。 検 索 結 果 の数値のうち、最も重 要 で あ る．

13

Total score (bits): 検 索 さ れ てきた局所配 列 の長さ をビッ ト形式で 示 し たもの 。値

が大きいほど、相同性 を 示 す領域が長い 。

Query cover: 問合せ配 列 の 全長のうち、 検 索 配 列 と 配 列 が 一致し て い る領域の％

Identities: ア ミ ノ 酸 配 列 で 、相同領域の な か で 一致し て い る ア ミ ノ 酸 の比率

ア ラ イ メ ン ト の添えら れ て い る数字

Identities: ア ミ ノ 酸 配 列 で 、相同領域の な か で 一致し て い る ア ミ ノ 酸 の比率

Positives: ア ミ ノ 酸 配 列 の場合 に 、 一致し て い る ア ミ ノ 酸＋化学的 に類似す る ア ミ

ノ 酸 の比率

Gaps: ア ラ イ メ ン ト さ れ た 配 列 で 、片一 方 で欠損し て い る 塩 基 あ る い は ア ミ ノ 酸 の

総 計

最近で は 、 デ ー タ ベ ー ス に納めら れ て い る 生 物 種 、 配 列 情 報 が大きくな り すぎた ため、 BLASTの 検 索 結 果 の 画面が 、 解 析 し た 配 列 の由来生 物 の近縁種 の 配 列だけ で ペ ー ジ が埋め尽くさ れ 、

進 化 的 に離 れ た 生 物 で相 同 遺 伝 子 が存 在 す る の か を判 定 できません． その ため、 BLASTP, BLASTX で は 、 Databaseを Model organisms (landmark) に指定 し て 解 析 す る こ と で 、 進 化 的 な 解

析 を行うこ と が 可 能 に な っ て い ま す．Model organisms (landmark) に は 、 ヒ ト 、 マ ウ ス 、ゼブ ラ

フ ィ ッ シ ュ 、 シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ 、 線 虫 (Caenorhabditis elegans) 、 粘 菌 (Dictyostelium discoideurm) 、 シ ロ イヌナ ズ ナ，大豆 (Glycine max) 、酵母と 細菌の 一 部 の デ ー タ が含ま れ て

い ま す 。 Model organisms (landmark) を選択し て 、 BLASTP 検 索 を行っ て み ま しょう．

講 義

ヒ ト ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト

国際 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト に よ る ヒ ト ゲ ノ ム 計 画 (Human Genome Project) は 1990 年に着手

さ れ 、 13 年後の 2003 年に 解 読完了が宣言さ れ ま し た．ヒ ト ゲ ノ ム 計 画 は 、 階 層 的 シ ョ ッ ト

ガ ン 法 と呼ばれ る手法 で行われ ま し た 。 す なわち連 鎖 地 図 の 作 成 か ら BAC ク ロ ー ン の 整 列 化 の

過程を 経 た のち、染色体上に マ ッ プ さ れ た BAC ク ロ ー ン を シ ョ ッ ト ガ ン 法 で 解 読 し 、染色体レ

ベ ル に ま で 塩 基 配 列 を繋ぐと いう過程を 経 て 、 ゲ ノ ム 塩 基 配 列 の完全 解 読 に ま で到達 し ま し た 。

こ の プ ロ ジ ェ ク ト の間に 塩 基 配 列 の 解 析 能力（ DNA シ ー ク エ ン サ ー ） は大幅に ア ッ プ し 、同

時に 塩 基 配 列 を つ なぎ合わせる コ ンピュー タ ー の 処 理 能力も著しく進歩し た こ と に よ り 、 連 鎖

地 図 作 製 を省略し て 、 全 ゲ ノ ム を いきな り シ ョ ッ ト ガ ン 法 で 読むこ と が 可 能 と な り ま し た．民

間企業 の シ エ ラ社は 、数年の あ いだに 全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン 法 に よ り ヒ ト ゲ ノ ム を 解 読 す る こ

と に 成功し ま し た 。最終的 に は 、国際 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト と シ エ ラ社の間で協議の 結 果 、 解 読 成

果 が同時に公表さ れ ま し た．ヒ ト ゲ ノ ム 計 画 の終了と 前後し て 、 全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン 法 の登

場に よ り 、 多くの 生 物 で 全 ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト が始めら れ ま し た．

前記の旧バ ー ジ ョ ン の 全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン 法 で は 、 ゲ ノ ム を断片化後に 、 全 て の断片を プ

ラ ス ミ ド ベ ク タ ー に ク ロ ーニン グ す る必要 が あ り ま し た が 、 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の登場に よ り 、

14

状況は激変 し ま し た 。 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー で は 、 ゲ ノ ム の断片を ク ロ ー ン 化 す る必要 が なく、

か つ大量 の 配 列 情 報 を 一度に 解 読 できま す 。 全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン を 使えば、数ヶ月 で ゲ ノ ム

解 読 が 可 能 と な り ま し た．その ため、既に数百種 の動物 で 全 ゲ ノ ム 配 列 の 解 読 が終了し 、現在

も新し い 生 物 の ゲ ノ ム 解 読 が 次々に完了し て い ま す．こ の 授 業 で は 、 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 原

理 と 、それ を 使 っ た ゲ ノ ム 解 読 の 概 要 を紹介し ま す 。

全 ゲ ノ ム 塩 基 配 列 が 利 用 できる と いう条件のもと で 、 進めら れ る 遺 伝 子 機 能やゲ ノ ム 研 究 が

ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 で す．ゲ ノ ム 情 報 は 、 遺 伝 子 の 機 能 解 析 の有力なツー ル に な る こ と は言うま

でもあ り ませんが 、 生 物間で ゲ ノ ム 構 造 を比較す る こ と に よ り 、無脊椎動物 か ら脊椎動物 の 進

化 の過程で起こ っ た ゲ ノ ム 構 造 の 変 化 等も明 ら か に な り ま し た．ま た哺乳類の中でも単孔類

（カモ ノハシ ） 、有袋類（ オ ポ ッ サ ム ） か ら有胎盤類に至る 進 化 の過程や、 ま た チ ン パ ン ジ ー

と ヒ ト で の知能 の差を ゲ ノ ム 構 造 の 進 化 の観点 か ら議論 さ れ て い ま す．

既に家畜や野菜や穀物植物 の ゲ ノ ムもほとんどの 種 で 解 読 さ れ て い ま す 。農学でも新し い 研

究 分野を開拓す る ために は 、 ゲ ノ ム 情 報 を有効に 利 用 できる がどうか が 、極めて 重 要 な素養と

な り ま す．

**********************************************************************ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト で 解 析 さ れ た ゲ ノ ム DNA 配 列 情 報 は 、 NCBI と Ensemblで 一般に

利 用 できる よう整備さ れ て い ま す 。 遺 伝 子 の染色体上の 位置や類似遺 伝 子 の 検 索 に は NCBIが便利 で す 。 ゲ ノ ム の 塩 基 配 列 を デ ー タ ベ ー ス か ら 取 り 出 す場合 に は 、 Ensemblが便利 で

す 。 NCBI と Ensemblの 使 い 方 は 、 授 業 で 実 習 し ま す 。 ゲ ノ ム 情 報 が い か に強力なツー ル

に な る か を体験し 、 実感し てもらおうと考えて い ま す 。

————————————————————————————————ゲ ノ ム 解 読 の 歴 史 的 な背景と 、 ゲ ノ ム 解 読 の 方 法 論 を 理 解 し てもらうために 、 授 業 で は 階 層

的 シ ョ ッ ト ガ ン 法 で 解 読 さ れ た ヒ ト ゲ ノ ム プ ロ ジ ェ ク ト を例に し て ゲ ノ ム 解 読 の道筋を 解 説 し

ま す．もはや、 歴 史 を振り返る ような感もあ り ま す が 、 ゲ ノ ム を 理 解 す る の にもよ い の で 解 説

し ま す 。

ヒ ト 全 ゲ ノ ム 塩 基 配 列 解 読 の行程

１ ） 連 鎖 地 図

2 ） BAC ラ イ ブ ラ リ ー 作 製

3 ） BAC ラ イ ブ ラ リ ー 整 列 化 （ 物 理 地 図 ）

４） シ ョ ッ ト ガ ン シ ー ク エ ン ス

５） ア セ ン ブ ル

６） ア ノ テ ー シ ョ ン

15

10 月 29 日 （ 第 4 回 ）

今日 の 授 業 内 容

１． 実 習 ： BLAST検 索 （ BLASTN, BLASTX, TBLASTX ）

２． 講 義 ： ゲ ノ ム 解 読 プ ロ ジ ェ ク ト （ 全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン シ ー ケ ン ス ）

実 習ホ モ ロ ジ ー 検 索 （ BLAST検 索 ） 2/2

BLASTN 実 習

下記は 、私達 の 研 究 グ ル ー プ 20 年あ ま り 前 に ヒ ラ メ か ら ク ロ ーニン グ し た 遺 伝 子 の 塩 基

配 列 と ア ミ ノ 酸 配 列 で す．こ れ ら の 配 列 を 使 っ て 実 習 し ま す 。

>hirame_test_cDNA_sequence

ACCCACGCGTCCGATTTGGAACCTTGAACCACAAAACCAGACAACTTCTTGTGCAACTTTTCTCTTGTTT

TTTCAGTATTTGACTTCATTTATCTAGTCATCGATTCATCTTCAAGCAGAATCTCTCTGTGTCAAACTAT

GACTTCCTTCATCAGCCTCGTAATTTTTTCAAGCTGGATGACTCTGGCTTTTACTTTTCCTCATAACACG

TTTGAGAACATTTTGAAAAGGTCACGGGTCGATGTTGAATCCTCTGGCAGCGGACCAGATGAACCTATCC

AAGGAATAGTCCGGGTTGTTCAGCTGGACCATCGCGCTCTGGCCCAGTCAGGGTTCTTCAGAAAGGGAAT

GACCGCCAGGAGAGCCCCCTCACTCAGCTCAAGGTTGCCCTTCCCTGCCTTCTTGTCTCAGGGGCGTCCA

GGTCCGGCCCCGGCCTCCAAGGCTCCAGTGAGTCCCCTGCACCACCTGCAAACTAAAGGCCCCACTGAAA

TGGAACTGAAGAAGAGACAGGGGCTGCAGATGTGGCAAAGAGCCATGGATAAAGGAGGCAAGTTGTCCCT

GCCGGTCAACCTGACACAGGACACGAAACAGACGTGCACTGCGGTGCCTTTCACTCAGCGTGTGACCGCA

GACGGATGCGAGACAGTGACGGTGCACAACAAGCTGTGTTTCGGTCAGTGCAGCTCTCTGTTCGTGCCGT

CCGAAGGAGAGTTTGCCGGGTTGAGCACCGGGACAGGGGCCCTTCCCCGCCGGGCCCCCTGCTCACGCTG

CGCTCCATCCAAAGCCCACACCGTGACTGTGCCCCTGCGCTGTCGGGGAGAGGTCCGGGAAAAGCGAGTG

ATGGTGGTGGAGGAGTGCAAGTGTGAGACGGGCATCGAGGAGAGAAGTGCAGAGGCTGCGGCGTCCATGC

TGTACAAGCTGTTGTAACAAAAACACATGACGTGACTGCTGTGATTATTCACTGACAGTTGAAATAGAGG

AATGAGGAGACGTGAACTTTTCATTTTAATTGACACCTTTAATTCTCTCTAAGTTCCCTTTGTATAAGTA

ACTATGTGTGAATTTTATTTGTATATATGAGTCTGAATGTGATTTTCAGAGTAAAATAACTTGGTGGTGT

ATTCCACCTCTTGATTGTTGACAAAATGACCAGTATCCTCTTGGTCATGCAGTTTTCTGTTGCAACAAAT

GAAGCTGTCCATACTGGATGTGTGTAAATGTACAAAACCGTGTTTAGATCCATTAAACTGAAATATTGTG

ATGACTTTCATTAAAAATGTCCCATTTGTTCAAAAAAAAAAAAAAA

>hirame_test_protein_sequence

MTSFISLVIFSSWMTLAFTFPHNTFENILKRSRVDVESSGSGPDEPIQGIVRVVQLDHRALAQSGFFRKG

MTARRAPSLSSRLPFPAFLSQGRPGPAPASKAPVSPLHHLQTKGPTEMELKKRQGLQMWQRAMDKGGKLS

LPVNLTQDTKQTCTAVPFTQRVTADGCETVTVHNKLCFGQCSSLFVPSEGEFAGLSTGTGALPRRAPCSR

CAPSKAHTVTVPLRCRGEVREKRVMVVEECKCETGIEERSAEAAASMLYKLL

blastn を 使 っ て 、 > flounder_test_cDNA_sequence の コ ー ド す る 遺 伝 子 を同定 し て み よう

相同遺 伝 子 を 検 索 し て み よう

16

BLASTN の 検 索手順

１．NCBI 、 Popular Resources の中か ら BLASTを選択す る 。 Basic BLAST に上記

5 種類の BLAST プ ロ グ ラ ム の ア イ コ ン が あ る 。

２ .nucleotide blast を ク リ ッ ク す る 。

「 Database」 が 、 デ フ ォ ル ト で は nucleotide collection (nr/nt) で 、通常こ

の ま ま で よ い 。 nucleotide collection の デ ー タ に は 、登録さ れ て い る 全 て

の cDNA の 配 列 が含ま れ て い る 。

注 意 ： Program selection で somewhat similar sequences (blastn) を 選 択 す る 。

３ . 塩 基 配 列 (FASTA format) を枠内 に コピー す る 。

４ .BLAST のボタ ン を押し て 、 検 索 を開始す る 。

Blastn の 利 用例：

と り あえず調 べ た い 遺 伝 子 が 、既知のどの 遺 伝 子 に類似す る か ？ を 調 べ る時等 に

使う。 ただし 、 生 物間で 変異の激し い 遺 伝 子 （ 実 習 で 使う charon が 一例） の場合

に は 、 Blastn で は相同遺 伝 子 が十分 に 検 索 さ れ て こ な い こ と が あ る の で 、 遺 伝 子

を 特 定 す る ために は 、 次 の Blastx を 使う方 が よ い 。

次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 で得ら れ た断片（ 100bp ） を ゲ ノ ム に マ ッ プ す る時は

Blastn を 用 い る 。

BLASTX 実 習

ヒ ト の ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス に 対 し て 、 >

flounder_test_cDNA_sequence 配 列 を 問 合 せ 配 列 に し て 、blastx_blastn 検 索 を 行 い 、 得 ら れ る デ ー タ の 違 いを 理 解 し よ う ．

BLASTの先頭ペ ー ジ で デ ー タ ベ ー ス を [human] に設定

blastnを 使 っ て 、 flounder_test_cDNA_sequence の相同遺 伝 子 を 検 索

Dababase の RefSeq RNA ( ヒ ト cDNA 配 列 の デ ー タ ベ ー ス ) を選択

Somewhat similar sequence (blastn)を選択

BLAST を開始

blastpを 使 っ て 、 flounder_test_protein_sequence で 検 索

17

Dababase の RefSeq protein ( ヒ ト の タ ン パ ク 質 配 列 デ ー タ ベ ー ス，デ フ ォ ル ト )を選択

BLASP を開始

blastXを 使 っ て 、 flounder_test_cDNA_sequence の相同遺 伝 子 を 検 索

Dababase の RefSeq protein ( ヒ ト の タ ン パ ク 質 配 列 デ ー タ ベ ー ス，デ フ ォ ル ト )を選択

blastx の 特 性 ：

こ の プ ロ グ ラ ム で は 、 遺 伝 子 が コ ー ド す る ア ミ ノ 酸 配 列 と相同性 の高い蛋白質 を

探す 。問い 合わせ塩 基 配 列 は 、 一度 6 フ レ ー ム で翻訳さ れ 、翻訳さ れ た 配 列 が 6通り の ア ミ ノ 酸 配 列 デ ー タ ベ ー ス に対し て 検 索 に か け ら れ て い る 。 ---　タ ン パ ク

の 配 列 で BLASTP 検 索 し た時と同じ検 索 結 果 が得ら れ て い る

　ア ミ ノ 酸置換 の激し い 遺 伝 子 の相同性 検 索 に非常に有効

　進 化 的 に離れ た 生 物 か ら相同遺 伝 子 を探す場合 にも有効

次 世 代 シ ー ケ ン サ ー を 使 っ た de novo ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 で得ら れ た 配

列 を同定 す る場合 、 BLASTX が 使 用 さ れ る

同じ遺 伝 子 の 配 列 zflounder_test_cDNA_sequence の に 、 blastx と blastnで 検 索 さ れ てくる 遺

伝 子 の数が違うこ と に注意！（その 理由を 理 解 し て下さ い ）

TBLASTN 実 習

tblastx を 使 っ て 、 flounder_test_cDNA_sequence の相同性 検 索 を試し て み よう

Dababase の RefSeq RNA ( ヒ ト cDNA 配 列 の デ ー タ ベ ー ス ) を選択

配 列 を ペ ー ス ト し て 検 索

tblastx の 特 性 ：

問い 合わせの 塩 基 配 列 、 デ ー タ ベ ー ス の 塩 基 配 列 とも３フ レ ー ム で翻訳さ れ 、 検

索 に か け ら れ て い る 。

Tblastx の 利 用例：

単離し た 遺 伝 子 が コ ー ド す る ア ミ ノ 酸 配 列 と相同性 の高い ア ミ ノ 酸 配 列 を コ ー ド

す る 塩 基 配 列 を探す 。 配 列 の 変異が激し い 遺 伝 子 種 の場合 に有効。

講 義

全 ゲ ノ ム シ ョ ッ ト ガ ン (whole genome shotgun sequence)18

１． プ ラ ス ミ ド ベ ク タ ー と 蛍 光 シ ー ケ ン サ ー を 使 っ た Whole genome shotgun sequence（ 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 解 析 が開発 さ れ る 前 に 使われ て い た 方 法 ）

２． 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー を 使 っ た Whole genome shotgun sequence（現在、 一般に 使われ て い る ）

19

11 月 5 日 （ 第５回 ）

今日 の 授 業 内 容

１． 実 習 ： NCBI の ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス で 生 物 種 を選択し て BLAST検 索

２． 講 義 ： プ ラ ス ミ ド ベ ク タ ー と 蛍 光 シ ー ケ ン サ ー を 使 っ た Whole genome shotgun sequence

３． 講 義 ： 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー の 解 析 原 理 と

実 習NCBIの BLAST 検 索 シ ス テ ム で は 、 生 物 種 を選択し て BLAST 検 索 を行うこ と が できま す 。 授 業 で

は 、 生 物毎の デ ー タ ベ ー ス を 使 っ て 、３つ の 使 用 法 を 実 習 し ま す 。

— さ ま ざ ま な 生 物 の ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス の 利 用—

　 BLAST の先頭ペ ー ジ で 、 BLAST Genomes の枠内 に 生 物 の 一般名（もちろん英語） あ る い は学

名を入力し て 検 索 す る と 、 デ ー タ ベ ー ス に ゲ ノ ム 配 列 が納めら れ て い る 生 物 で あ れば、その 生

物 の 検 索 ペ ー ジ が表示 さ れ ま す 。 バ ク テ リ ア か ら植物 、哺乳類に至る ま で 多様な 生 物 の ゲ ノ ム

情 報 が 利 用 できま す 。 ヒ ト が持っ て い る 遺 伝 子 の相同遺 伝 子 を 進 化 的 に たどっ て 、どの 生 物 に

ま で存在し て い る か と言う疑問に つ い ても、 BLAST 検 索 に よ っ て 調 べ る こ と が できま す 。

練習 ： ヒ ト の 増殖細 胞核抗原 （ PCNA: proliferating nuclear antigen ） の相同遺 伝 子 を イネゲ ノ ム

（ Oryza sativa (japonica cultivar-group) ） 、 パ ン 酵 母 （ Baker’s yeast; Saccharomyces

cerevisiae ） 、大腸菌（ Escherichia coli ） か ら探し て み よう。

　 マ ウ ス ビ タ ミ ン Ｄ 受 容 体 の 相 同 遺 伝 子 が 、 シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ （ Fruit fly; Drosophila

melanogaster ） 、 線 虫 （ nematode; Caenorhabditis elegans ） 、 イ ネ （ Oryza sativa (japonica cultivar-group) ） に存在す る かどうかも試し て み よう。

>human_pcna

MFEGRLVQGSILKKVLEALKDLINEACWDISSSGVNLQSMDSSHVSLVQLTLRSEGFDTYRCDRNLAMGVNLTSMSKILKCAGNE

DIITLRAEDNADTLALVFEAPNQEKVSDYEMKLMDLDVEQLGIPEQEYSCVVKMPSGEFARICRDLSHIGDAVVISCAKDGVKFS

ASGELGNGNIKLSQTSNVDKEEEAVTIEMNEPVQLTFALRYLNFFTKATPLSSTVTLSMSADVPLVVEYKIADMGHLKYNLAPKI

EDEEGS

>mouse_vitamin_D_receptor

MEAMAASTSLPDPGDFDRNVPRICGVCGDRATGFHFNAMTCEGCKGFFRRSMKRKALFTCPFNGDCRITKDNRRHCQACRLKRCV

DIGMMKEFILTDEEVQRKREMIMKRKEEEALKDSLRPKLSEEQQHIIAILLDAHHKTYDPTYADFRDFRPPIRADVSTGSYSPRP

20

TLSFSGDSSSNSDLYTPSLDMMEPASFSTMDLNEEGSDDPSVTLDLSPLSMLPHLADLVSYSIQKVIGFAKMIPGFRDLTSDDQI

VLLKSSAIEVIMLRSNQSFTLDDMSWDCGSQDYKYDITDVSRAGHTLELIEPLIKFQVGLKKLNLHEEEHVLLMAICIVSPDRPG

VQDAKLVEAIQDRLSNTLQTYIRCRHPPPGSHQLYAKMIQKLADLRSLNEEHSKQYRSLSFQPENSMKLTPLVLEVFGNEIS

練習 ： シ ロ イヌナ ズ ナ ： efe; ethylene forming enzyme で 、どの範囲の 生 物 に 関 連 遺 伝 子 が存在

し て い る の か 検 索 し て み よう

> Arabidopsis_ethylene-forming_enzyme_proteinMESFPIINLEKLNGEERAITMEKIKDACENWGFFECVNHGISLELLDKVEKMTKEHYKKCMEERFKESIK

NRGLDSLRSEVNDVDWESTFYLKHLPVSNISDVPDLDDDYRTLMKDFAGKIEKLSEELLDLLCENLGLEK

GYLKKVFYGSKRPTFGTKVSNYPPCPNPDLVKGLRAHTDAGGIILLFQDDKVSGLQLLKDGEWVDVPPVK

HSIVVNLGDQLEVITNGKYKSVEHRVLSQTDGEGRMSIASFYNPGSDSVIFPAPELIGKEAEKEKKENYP

RFVFEDYMKLYSAVKFQAKEPRFEAMKAMETTVANNVGPLATA

— 特 定 の 生 物 の ゲ ノ ム に存在す る 遺 伝 子 ファミ リ ー の メ ン バ ー の 検 索—

　多くの 遺 伝 子 に は 、 生 物 進 化 の過程で共通の 遺 伝 子 か ら派生 し た姉妹遺 伝 子 が存在し ま す 。

ま たその メ ン バ ー は 進 化 に伴っ て 増える傾向に あ り ま す 。 マ ウ ス な ら マ ウ ス の ゲ ノ ム に対し て 、

あ る メ ン バ ー で ゲ ノ ム を 検 索 す る こ と に よ り 、 進 化 的 に 関 連 し て 部 分 的 に でも共通の 配 列 を持

つ メ ン バ ー を 全 て 検 索 す る こ と が できま す 。今回 は 、 マ ウ ス ゲ ノ ム に存在す る核レ セ プ タ ー

ファミ リ ー の メ ン バ ー 、及びG タ ン パ ク共役受容体の メ ン バ ー を探す操作 を 実 習 し ま す 。

練習 ： マ ウ ス に核受容体ファミ リ ー の メ ン バ ー が幾つ存在す る か ？

G-protein coupled receptor の メ ン バ ー で試し て み よう。

>human_MC4R

MVNSTHRGMHTSLHLWNRSSYRLHSNASESLGKGYSDGGCYEQLFVSPEVFVTLGVISLLENILVIVAIAK

NKNLHSPMYFFICSLAVADMLVSVSNGSETIVITLLNSTDTDAQSFTVNIDNVIDSVICSSLLASICSLLS

IAVDRYFTIFYALQYHNIMTVKRVGIIISCIWAACTVSGILFIIYSDSSAVIICLITMFFTMLALMASLYV

HMFLMARLHIKRIAVLPGTGAIRQGANMKGAITLTILIGVFVVCWAPFFLHLIFYISCPQNPYCVCFMSHF

NLYLILIMCNSIIDPLIYALRSQELRKTFKEIICCYPLGGLCDLSSRY

　—次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 で得ら れ た 配 列 の染色体へ の マ ッピン グ—

　最も汎用 さ れ て い る 次 世 代 シ ー ケ ン サ ー で あ る Illumina2000 で は 、 一度の 解 析 で 100bの断片配 列 が約 4000 万個得ら れ ま す 。 ゲ ノ ム 解 析 が行われ て い る 生 物 で は 、 こ の ような

短い断片でも染色体に マ ッピン グ できま す 。 さ ら に参照ゲ ノ ム と 塩 基 配 列 の違い が あ る か

どうか 、 遺 伝 子疾患の 原 因 が 解 析 さ れ た個人の ゲ ノ ム に存在し て い る かどうかも判定 可 能

で す 。

練習 ：

BLAST 検 索 で human を選択し て 、 次 の 配 列 を ゲ ノ ム に マ ッピン グ し て み よう。

>human_100bp_fragment

21

CCAAATTTAATTGATAATGGAAGCTGGCCAGCCACCACCATACAGAATTCTGTAGCTTTGAAGAATGCAGGTTTAATATCC

ACTTTGAAAAAGAAAACAA

講 義

22

11 月 12 日 （ 第６回 ）

今日 の 授 業 内 容

１． 実 習 ： 配 列 ア ラ イ メ ン ト

２． 講 義 ： 分 子 系 統 樹 に つ い て

４． 講 義 ： ゲ ノ ム 解 読 で 分 か っ た ヒ ト ゲ ノ ム の 特 性

講 義

　 2 つ以上の 塩 基 配 列 あ る い は ア ミ ノ 酸 配 列 の 一致度を 調 べ る場合 、 ア ラ イ メ ン ト プ ロ グ ラ ム

を 使 い ま す 。 タ ン パ ク 質 の場合 、異な る 生 物間で ア ミ ノ 酸 配 列 を ア ラ イ メ ン ト す る こ と に よ り 、

保存性 の高い領域を 特 定 す る こ と が できま す 。 系 統 的 に隔た っ た 生 物間（例えば、 マ ウ ス とゼ

ブ ラ フ ィ ッ シュ、 あ る い は マ ウ ス と酵母の 関 係 等 ） で保存性 が高い領域は 、 タ ン パ ク 質 の 機 能

で 重 要 な役割を持っ た領域で あ る と考えら れ ま す 。 ま た シ ス テ イ ン残基 は 、 タ ン パ ク 質 の高次

構 造 に深く関わる ジ ス ル フ ィ ド （ S-S ） 結 合 を 作 る場合 が 多 い ため、保存さ れ て い る こ と が 多

く、異な る 生 物 の タ ン パ ク 質 を ア ラ イ メ ン ト す る こ と で 重 要 で保存さ れ た ジ ス ル フ ィ ド 結 合 の

位置を 予 測 できま す 。

　 ClustalW プ ロ グ ラ ム を 使うと 、 多 重 （ マ ル チ プ ル ） ア ラ イ メ ン ト の 結 果 か ら 分 子 系 統 樹 を 作

成 できま す 。 分 子 系 統 樹 で は 、 遺 伝 子 の 種間あ る い は同種間におけ る 進 化 的 関 係 を 予 測 す る こ

と が できま す 。 種間の 進 化 的 関 係 で は 、異な る 生 物間におけ る相同遺 伝 子 （ オ ー ソ ロ グ ） を同

定 す る こ と が 可 能 で す 。同種間で 関 連 遺 伝 子 の 系 統 樹 を 作 成 す る と 、 遺 伝 子 ファミ リ ー の メ ン

バ ー の 進 化 的 関 係 が 分 か り ま す 。 ま た モ デ ル 生 物 （ マ ウ ス 、ゼブ ラ フ ィ ッ シュ） の 配 列 を 分 子

系 統 樹 に 加える こ と で 、 研 究対象の 遺 伝 子 に対す る モ デ ル 生 物 の オ ー ソ ロ グ を 検 索 し 、 モ デ ル

生 物 の 情 報 か ら か ら 、 研 究対象の 遺 伝 子 の 機 能 に つ い ておおよその 情 報 を得る こ と が できま す 。

　授 業 で は 、 ペ ア ワ イ ズ ア ラ イ メ ン ト （ ２ つ の 配 列 を比較） 、 マ ル チ プ ル ア ラ イ メ ン ト （３つ

以上の 配 列 を比較）および分 子 系 統 樹 の 作 成 （来週） を 実 習 し ま す 。

配 列 ア ラ イ ン メ ン ト

配 列 ア ラ イ ン メ ン ト と は 、 配 列中で同じ並び方 を し て い る 文 字 列 を探す こ と で あ る 。同一

もしくは似た 文 字 は同じ列 に置き、同一 で な い 文 字 は同じ列 に不一致と し て置くか 、

ギャッ プ を入れ る 。

ペ ア ワ イ ズ ア ラ イ ン メ ン ト (pairwise alignment) ： ２ つ の 配 列 の比較

大域的 ア ラ イ ン メ ン ト (global pairwise alignment)局所的 ア ラ イ ン メ ン ト (local pairwise alignment)

多 重 配 列 ア ラ イ ン メ ン ト (multiple alignment) ：３つ以上の 配 列 の比較

************************************************************************

23

実 習

AlignmentPairwise alignment

1 ） 使 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ： The European Bioinformatics Institute (EBI )http://www.ebi.ac.uk/Information/ （ Internet explorerを 使 っ て EBI で 検 索 ）

２ ） Services の中 か ら Proteins を選 択。 →左 下の See all toolsを開 け 、 リ ス ト の中か ら

EMBOSS を選択

Local alignment → Matcher (protein)2 つ の枠内 に 配 列 を ペ ー ス ト し て Submit練習 ：

下の gnrh （ gonadotropin-releasing hormone; 生腺腺刺激ホ ル モ ン ） か ら ヒ ト とゼブ ラ フ ィ

シュを選んで ア ラ イ ン メ ン ト を 実行し て み よう。

次 に 、 ヒ ト と ホヤ（ Ciona ） で 実行し て み よう

Global alignment → Needle (protein)Needle, Protein を選択し 2 つ の枠内 に 配 列 を ペ ー ス ト し て Submit練習 ：上と同じ入力を行い 、 結 果 の違い を 理 解 し よう

>human_GNRH1

MKPIQKLLAGLILLTSCVEGCSS

QHWSYGLRPGGKRDAENLIDSFQEIVKEVGQLAETQRFECTTHQPRSPLRDLKGALESLIEEETGQKKI

>mouse_Gnrh

MILKLMAGILLLTVCLEGCSSQHWSYGLRPGGKRNTEHLVESFQEMGKEVDQMAEPQHFECTVHWPRSPLRDLRGALESLIEEEA

RQKKM

>chicken_Gnrh1

MEKSRKILVGVLLFTASVAICLAQHWSYGLQPGGKRNAENLVESFQEIANEMESLGEGQKAECPGSYQHPRLSDLKETMASLIEG

EARRKEI

>xenopus_GnRH1

MKAFPTFALLFLVLLFSAHVSDAQHWSYGLRPGGKRDTESLQDMYHETPNEVALFPELERLECSVPQSRLNVLRGALMNWLEGEN

RKKI

>zebrafish_gnrh2

MVLVCRLLLVVGLMLCLSAQLSSAQHWSHGWYPGGKREIDLYDTSEVSEEVKLCEAGKCSYLRPQGRNILKTILLDALIRDFQKR

K

>ciona_gnrh1

MLDIEKDELAALLQRENSAFRDLLYHKNAGNFEKSDSGKFGSLKPQNNFPHLDLGLGVDLDAVDQWNRYKQANAQRMQDLGVPVN

ARQHWSYEFMPGGRRAAWENANVGVPVSRQHWSYEYMPGGRRSAGRHAMTKRQHWSKGYSPGGKRSVDLSEFDDQGRRITKHEGM

PEEPFKVEQPRPRNGIHGPAGLDQNEPDWKNWMNEQPAVSSDDKGSDVE

GNRH: 生腺刺激ホ ル モ ン放出 ホ ル モ ン . 視床下部 で 合 成 さ れ 、下垂体門脈経 路 を介し て下垂体

前葉に運ばれ 、 生腺刺激ホ ル モ ン で あ る 黄体形成 ホ ル モ ン （ＬＨ） と濾法刺激ホ ル モ ン （ＦＳ

24

Ｈ） の産生 と放出 を促進 す る神経 性 ペ プ チ ド ホ ル モ ン . ホ ル モ ン 前駆体と し て 合 成 さ れ た あ と

酵素に よ り切断さ れ 、 ヒ ト で は HWSYGLRPG ペ プ チ ド が ホ ル モ ン と し て 機 能 す る 。

Ciona: カタユレ イボヤ（ ホヤの仲間で 日本の 研 究 グ ル ー プ に よ っ て ゲ ノ ム シ ー ク エ ン ス が 解 読

さ れ た ）

講 義分 子 系 統 樹 ： Phylogenetic tree, Evolutionary tree

分 子 系 統 樹 （ 進 化 系 統 樹 ） (molecular phylogenetic tree, evolutionary tree)塩 基 配 列やア ミ ノ 酸 配 列 を 基 に 分岐位置と 分岐時間を推定 し 、 構築さ れ た 系 統 樹

近接接合 法 (neighbor-joining method): 距離行列 法 で 作 成 す る 分 子 系 統 樹 の 作 成 方

法 で 、 生 物 分野で最も一般的 に 利 用 さ れ る 。

キ ー ワ ー ド

節、枝、 ク ラ ス タ ー (cluster) あ る い は ク レ ー ド (clade)Outgroup 、 Bootstrap value （ ブ ーツス ト ラ ッ プ値） 、 Evolutionary distance

分 子 系 統 樹 の 利 用

（ １ ） 遺 伝 子 の同種間、異種間で の 系 統 関 係 の 解 析

（ ２ ） 遺 伝 子 ファミ リ ー に属す る メ ン バ ー の 系 統 関 係 の 解 析

（３） 重 複 遺 伝 子 の 重 複時期と 進 化 的 関 係 の 解 析

（４） 種や系 統 の 進 化 的 関 係 の推定

　分 子 系 統 樹 か ら 、様々な 情 報 を 読 み 取 る こ と が できま す 。異な る 生 物 達 の 関 連 （ ホ モ ロ グ ）

遺 伝 子 で 分 子 系 統 樹 を 作 製 す る と 、 遺 伝 子 の 進 化 的 関 係 を 予 測 す る こ と が できま す 。 ま た ミ ト

コ ン ド リ ア DNA の 配 列 を 使うと 、人種 の類縁関 係や進 化 的 関 係 を 解 析 す る こ と が 可 能 で す 。 授

業 で は 、 分 子 系 統 樹 の 作 製 方 法 と デ ー タ の 見 方 を 講 義 し ま す 。

実 習

分 子 系 統 樹 の 作 製

ClustalW を 使 っ た Multiple alignmen と 分 子 系 統 の 作 成 １ ） 使 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ClustalW 　　　 http://clustalw.genome.jp/2 ） Fasta format で並べ た 配 列 を枠内 に ペ ー ス ト し 、 execute multiple alignment を押

す （ 各 種ボタ ン は デ フ ォ ル ト で よ い ）

練 習 ： 下 の gnrh (gonadotropin-releasing hormone) のうち、 >ciona_gnrh1 （ ホ

ヤ） を除く配 列 で ア ラ イ ン メ ン ト を 実行し て み よう。 次 に 、 >ciona_gnrh1 を入

れ て ア ラ イ ン メ ン ト を 実行し 、 結 果 を比べ て み よう。

25

上に Multiple sequence alignments の 結 果 が表示 さ れ る 。

その下に あ る select tree menu で表示形式を選択し て 、 Exec を ク リ ッ ク す る

表示形式、 N-J tree branch length と Unrooted dendrogram の 結 果 を比較

し て み よう

>human_GNRH1

MKPIQKLLAGLILLTSCVEGCSS

QHWSYGLRPGGKRDAENLIDSFQEIVKEVGQLAETQRFECTTHQPRSPLRDLKGALESLIEEETGQKKI

>mouse_Gnrh

MILKLMAGILLLTVCLEGCSSQHWSYGLRPGGKRNTEHLVESFQEMGKEVDQMAEPQHFECTVHWPRSPLRDLRGALESLIEEEA

RQKKM

>chicken_Gnrh1

MEKSRKILVGVLLFTASVAICLAQHWSYGLQPGGKRNAENLVESFQEIANEMESLGEGQKAECPGSYQHPRLSDLKETMASLIEG

EARRKEI

>xenopus_GnRH1

MKAFPTFALLFLVLLFSAHVSDAQHWSYGLRPGGKRDTESLQDMYHETPNEVALFPELERLECSVPQSRLNVLRGALMNWLEGEN

RKKI

>zebrafish_gnrh2

MVLVCRLLLVVGLMLCLSAQLSSAQHWSHGWYPGGKREIDLYDTSEVSEEVKLCEAGKCSYLRPQGRNILKTILLDALIRDFQKR

K

>ciona_gnrh1

MLDIEKDELAALLQRENSAFRDLLYHKNAGNFEKSDSGKFGSLKPQNNFPHLDLGLGVDLDAVDQWNRYKQANAQRMQDLGVPVN

ARQHWSYEFMPGGRRAAWENANVGVPVSRQHWSYEYMPGGRRSAGRHAMTKRQHWSKGYSPGGKRSVDLSEFDDQGRRITKHEGM

PEEPFKVEQPRPRNGIHGPAGLDQNEPDWKNWMNEQPAVSSDDKGSDVE

こ の サ イ ト で の 検索結果で は 、 Bootstrap value, evolutionary distance の 値は 表示さ れ な い 。DDBJ の ClustalWを 使え ば 、こ れ ら の 値が 求め ら れ る 。た だ し 、ま た 結果の 図形を 表示す る た め に 、Tree View と言う 無料ソ フ ト を ダ ウ ン ロ ード す る 必要が あ る 。教室の コ ン ピ ュ ータ ーで は 、ソ フ ト ウ ェ ア の ダ ウ ンロ ード は た め ら わ れ る の で 、各自の パ ソ コ ン でDDBJ を 試し て 下さ い 。あ る い は 、ClustalX の プ ロ グ ラ ム を ダ ウ ン ロ ードし て 解析す る （下記URL）。http://www.cbs.dtu.dk/courses/humanbio/2010/exercises/ExMulPhyl/Ex_Phylo.php

NCBI を 使 っ た Multiple alignment と 系 統 樹 の 作 成

1 ． NCB→BLAST→ 下に あ る Multiple Alignment を選択

２． 枠内 に 配 列 を Fasta format で コピー

3 ． Align を ク リ ッ ク し て 検 索

26

４． 検 索 画面上の Phylogenetic Tree を ク リ ッ ク

5 ． Evolutionary distance を反映し た 系 統 樹 が表示 さ れ る

6 ． Tools か ら Layout 、 Radial tree を選択す る と無根系 統 樹 が表示 さ れ る

プ ロ グ ラ ム に は 、 2007 年に開発 さ れ た 、 COBALT: constraint-based alignment tool for multiple protein sequences が 使われ て い る

27

11 月 19 日 （ 第 7 回 ）

実 習

分 子 系 統 樹 の 作 成シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ （ Drosophila ） の hedgehog タ ン パク 質 に 対 す る 、 マ ウ ス （ Mus musculus ） と ツ メ ガエ ル （ Xenopus tropicalis） の 類 似 遺 伝 子 を 検 索 し て分 子 系 統 樹 を 作 成 す る 。配 列 は Word あ る い は メ モ 帳 （ Text フ ァ イ ル ） にコ ピ ー す る 。

手順は以下の ように行う

１． シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ （ Drosophila ） の hedgehog タ ン パ ク 質 の ア ミ ノ 酸 配 列

を 取 り 出 す

NCBIを 使 っ て 、 proteinデ ー タ ベ ー ス で Drosophila と hedgehog で キ ー ワ ー ド 検 索

す る (Accession number: AAF56102) 。 FASTA ボタ ン を押す と 、 FASTA フ ォ ー ム の 配

列 が表示 さ れ る 。 ア ミ ノ 酸 配 列 を Word に コピー す る 。 > 名前 を付け て 、 Fasta format と す る （ ス ペ ー ス と数字 は 、 検 索時に削除さ れ て 計算さ れ る の で 、その ま

ま に し てもか まわな い ） 。

２． マ ウ ス の Drosophila hedgehog に対す る ホ モ ロ グ を 検 索 し て 、 配 列 を 取 り

出 す

BLAST の先頭ペ ー ジ で 、 mouse を ク リ ッ ク し 、 Bastp を選択し て 検 索 す る （ マ ウ

ス ゲ ノ ム に コ ー ド さ れ る 全 て の タ ン パ ク 質 ア ミ ノ 酸 情 報 に対し て 検 索 ） 。

　検 索 に よ り表示 さ れ た３種類の hedgehog の 配 列 を 取 り 出 す 。 取 り 出 し 方 は 、

Accession 番号を ク リ ッ ク し 、表示 さ れ た 配 列 情 報 ペ ー ジ の上に あ る FASTA ボタ

ン を押す 。 FASTA フ ォ ー ム の 配 列 が表示 さ れ る で 、 コピー す る 。

３．Xenopusの Drosophila hedgehog に対す る ホ モ ロ グ を 検 索 し て 、 配 列 を 取 り 出 す

BLAST の先頭ペ ー ジ で 、 Xenopus tropicalis を指定 す る 。以下、 ２ の操作 と同じ。

3 ． ClustalW で 解 析

こ の 授 業 で は 、 ClustalW （ http://clustalw.genome.jp/ ） を 使う。枠内 に７つ の 遺 伝

子 の 全 配 列 を コピー し 、 マ ル チ プ ル ア ラ イ メ ン ト を 実施す る 。

マ ウ ス と Xenopus の間で 配 列 の保存性 を注意深くみ て 、保存性 の 特徴を 理 解 す る 。

４． 分 子 系 統 樹 を得る

検 索 結 果 の 一番下で 分 子 系 統 樹 を 出力。

N-J tree branch length と Unrooted dendrogram の 結 果 を比較

４の 結 果 と あわせて 、 Outgroup, Paralog, Ortholog の 関 係 を 理 解 す る 。 ヒ ト 遺 伝 子間の パ

ラ ロ グ よ りも、 ヒ ト と Xenopus の オ ル ソ ロ グ間の 方 が保存性 の高い こ と に注意 。 こ れ は

28

祖先遺 伝 子 が 重 複 し て ２ つ の 遺 伝 子 （ パ ラ ロ グ と な る ） を形成 し 、その あ と に 種 分 化 が

起こ っ た ためで あ る 。

講 義

オ ル ソ ロ グ と パ ラ ロ グ 、 ホ モ ロ グ の 関 係 に つ い て

　無 脊椎 動 物 か ら脊椎 動 物 へ の 進 化 の過 程で 、 全 ゲ ノ ム （ 全 て の染 色体 ） の 重 複 （ whole genome duplication: WGD ） が 2 回起こ っ て い ま す 。その ため原 索動物 （ ナ メ ク ジ ウ オ ・ ホヤ等

が含ま れ 、脊索 を形成 す る 。無脊椎動物 の な か で脊椎動物 に 進 化 的 に最も近い ） で 1 種類で

あ っ た 遺 伝 子 は 、 一度 4 つ に数が 増えて い ま す （ 遺 伝 子 に よ っ て は 4 つ に 増えた あ と 、 4 つ と

も残っ て い るもの 、 1 つ消失し て 3 つ が残っ て い るもの 、 2 つ消失し て 2 つ が残っ て い るもの 、

3 つ が消失し て 1 種類だけ残っ て い るものもあ り ま す ） 。 一 つ の 遺 伝 子 か ら 、 ゲ ノ ム 重 複 に よ

り誕生 し た 重 複産物 の 種 内 で の 関 係 は パ ラ ロ グ （ Paralog ） と呼ばれ ま す 。

一 方 、 生 物 種間で相同な 遺 伝 子 は 、 オ ル ソ ロ グ （ Ortholog ） と呼ばれ ま す 。脊椎動物 （円口

類を除く： 1 回 の み 重 複 、 2 度目の 重 複 の 前 に 分岐） で は 、 進 化 の初期段階 で 2 回 の ゲ ノ ム の

重 複 が起こ り 、その後で 、 多様な 種 に 分岐し て い ま す 。その ため、 多くの 遺 伝 子 が 種 を超えて

重 複 し た状態で ゲ ノ ム中に存在し て い ま す 。それ ら の組み 合わせの中で 、 生 物 種間で相同な 重

複 遺 伝 子 （ 配 列 が最も近似） が オ ル ソ ロ グ （ Ortholog ） と な り ま す 。 パ ラ ロ グ に相当す る 遺 伝

子 は通常、それ ら の 機 能 は大きく変 化 し て い る の に対し 、 オ ル ソ ロ グ の 関 係 に あ る 遺 伝 子 は 、

種 が異な っ ても（例えば哺乳類と魚類） 機 能 が良く保存さ れ て い ま す 。その ため、ゼブ ラ

フ ィ ッ シュでもヒ ト の モ デ ル 生 物 と し て十分 な役割を は た す こ と が できるわけ で す 。 オ ル ソ ロ

グ と パ ラ ロ グ と の 関 係 は 、 分 子 系 統 樹 を 作 製 す る こ と に よ り 理 解 できま す 。 ホ モ ロ グ （ 関 連 遺

伝 子 ） は 、共通祖先か ら 発 生 し た 遺 伝 子 の 総称で 、 ホ モ ロ グ に は オ ル ソ ロ グ と パ ラ ロ グ とも含

ま れ ま す 。

　オ ル ソ ロ グ と パ ラ ロ グ の 関 係 を 理 解 す る ために 、 生 物 の 進 化 の 歴 史 、 遺 伝 子 重 複 の 歴 史 に つ

い て 解 説 し ま す 。 ま た hedgehog 遺 伝 子 を モ デ ル と し て 、 分 子 系 統 樹 を 作 製 し 、 ホ モ ロ グ と パ

ラ ロ グ の 関 係 を 説 明 し ま す 。

　無脊椎動物 か ら脊椎動物 に 進 化 す る過程で 発 生 し た ゲ ノ ム 重 複 に つ い て少し詳しく説 明 し ま

す 。 hox 遺 伝 子 、核内受容体遺 伝 子 を例に し て 、 ゲ ノ ム に刻ま れ た 遺 伝 子 重 複 の 歴 史 を 解 説 し

ま す （ こ こ で は 、 配付資料を参考に し て 説 明 し ま す ） 。

>zebrafish_dand5

MTFQVGFFVLLSVTTIGAFPRNAFQREFHRHVAKDFESSGNGPDEPVRGSVRIVKLNPHFLRRAAVSHVP

FRNSPSRGAFPAFLALGRPGPAILTHSKPAPQVSSSADRRKQGLEMWKKVVHKSERKKEAVALRINPKDM

NKQSCAAVPFTQRITEEGCETVTVHNNLCYGQCSSMFVPSSGGSHGQQKAQCMRCGPSRARSVLLHLRRG

SEVRERRVLIVEECKCETSSEEAKVQNTDMFNL

>zebrafish_gremlin-2

MFWKLAIPAILAWTLFASTETKKQRPQGSIPSPYKLKGNDLSSPSHALASLPQHTASARRQKGKHDMLSS

SREALVVTERKYLKSDWCKTQPLRQTVSLEGCISRTVINRFCYGQCNSFYIPRHLTSQSSHRSRKTASTP

DHTTSFQSCAFCRPSRITTVTVRLHCPGLQPPYRQRKVQRIKQCKCVSVNVNAAY

>zebrafish_gremlin-1

MGRFTDRFFSKISPGRSSSTLTVMPASCASSSGWILCAVLLSSALLWCPTESKRNRGAIPHPDKNTPNES

29

SRSPQQQESASGSRARSRGSEEVLESSQEALHVTERRYLKRDWCKTQPLKQTIHEEGCISRTIINRFCYG

QCNSFYIPRHVRREEGAFQSCSFCKPKRFTTMSFTLSCPDQQPPTRKKRVQRVKQCRCISIELD

>Human_gremlin-1

MSRTAYTVGALLLLLGTLLPAAEGKKKGSQGAIPPPDKAQHNDSEQTQSPQQPGSRNRGRGQGRGTAMPG

EEVLESSQEALHVTERKYLKRDWCKTQPLKQTIHEEGCNSRTIINRFCYGQCNSFYIPRHIRKEEGSFQS

CSFCKPKKFTTMMVTLNCPELQPPTKKKRVTRVKQCRCISIDLD

>Human_gremlin-2

MFWKLSLSLFLVAVLVKVAEARKNRPAGAIPSPYKDGSSNNSERWQHQIKEVLASSQEALVVTERKYLKS

DWCKTQPLRQTVSEEGCRSRTILNRFCYGQCNSFYIPRHVKKEEESFQSCAFCKPQRVTSVLVELECPGL

DPPFRLKKIQKVKQCRCMSVNLSDSDKQ

>Hman_cerberus

MHLLLFQLLVLLPLGKTTRHQDGRQNQSSLSPVLLPRNQRELPTGNHEEAEEKPDLFVAVPHLVATSPAG

EGQRQREKMLSRFGRFWKKPEREMHPSRDSDSEPFPPGTQSLIQPIDGMKMEKSPLREEAKKFWHHFMFR

KTPASQGVILPIKSHEVHWETCRTVPFSQTITHEGCEKVVVQNNLCFGKCGSVHFPGAAQHSHTSCSHCL

PAKFTTMHLPLNCTELSSVIKVVMLVEECQCKVKTEHEDGHILHAGSQDSFIPGVSA

>Human_dand5

MLLGQLSTLLCLLSGALPTGSGRPEPQSPRPQSWAAANQTWALGPGALPPLVPASALGSWKAFLGLQKAR

QLGMGRLQRGQDEVAAVTLPLNPQEVIQGMCKAVPFVQVFSRPGCSAIRLRNHLCFGHCSSLYIPGSDPT

PLVLCNSCMPARKRWAPVVLWCLTGSSASRRRVKISTMLIEGCHCSPKA

30

>drosophila_hh

MDNHSSVPWASAASVTCLSLDAKCHSSSSSSSSKSAASSISAIPQEETQTMRHIAHTQRCLSRLTSLVALLLIVLPMVFSPAHSCGPGRGLGRHRA

RNLYPLVLKQTIPNLSEYTNSASGPLEGVIRRDSPKFKDLVPNYNRDILFRDEEGTGADRLMSKRCKEKLNVLAYSVMNEWPGIRLLVTESWDEDY

HHGQESLHYEGRAVTIATSDRDQSKYGMLARLAVEAGFDWVSYVSRRHIYCSVKSDSSISSHVHGCFTPESTALLESGVRKPLGELSIGDRVLSMT

ANGQAVYSEVILFMDRNLEQMQNFVQLHTDGGAVLTVTPAHLVSVWQPESQKLTFVFADRIEEKNQVLVRDVETGELRPQRVVKVGSVRSKGVVAP

LTREGTIVVNSVAASCYAVINSQSLAHWGLAPMRLLSTLEAWLPAKEQLHSSPKVVSSAQQQNGIHWYANALYKVKDYVLPQSWRHD

>mouse_dhh

MALPASLLPLCCLALLALSAQSCGPGRGPVGRRRYVRKQLVPLLYKQFVPSMPERTLGASGPAEGRVTRGSERFRDLVPNYNPDIIFKDEENSGAD

RLMTERCKERVNALAIAVMNMWPGVRLRVTEGWDEDGHHAQDSLHYEGRALDITTSDRDRNKYGLLARLAVEAGFDWVYYESRNHIHVSVKADNSL

AVRAGGCFPGNATVRLRSGERKGLRELHRGDWVLAADAAGRVVPTPVLLFLDRDLQRRASFVAVETERPPRKLLLTPWHLVFAARGPAPAPGDFAP

VFARRLRAGDSVLAPGGDALQPARVARVAREEAVGVFAPLTAHGTLLVNDVLASCYAVLESHQWAHRAFAPLRLLHALGALLPGGAVQPTGMHWYS

RLLYRLAEELMG

>mouse_ishh

MSPAWLRPRLRFCLFLLLLLLVPAARGCGPGRVVGSRRRPPRKLVPLAYKQFSPNVPEKTLGASGRYEGKIARSSERFKELTPNYNPDIIFKDEEN

TGADRLMTQRCKDRLNSLAISVMNQWPGVKLRVTEGWDEDGHHSEESLHYEGRAVDITTSDRDRNKYGLLARLAVEAGFDWVYYESKAHVHCSVKS

EHSAAAKTGGCFPAGAQVRLENGERVALSAVKPGDRVLAMGEDGTPTFSDVLIFLDREPNRLRAFQVIETQDPPRRLALTPAHLLFIADNHTEPAA

HFRATFASHVQPGQYVLVSGVPGLQPARVAAVSTHVALGSYAPLTRHGTLVVEDVVASCFAAVADHHLAQLAFWPLRLFPSLAWGSWTPSEGVHWY

PQMLYRLGRLLLEESTFHPLGMSGAGS

>mouse_shh

MLLLLARCFLVILASSLLVCPGLACGPGRGFGKRRHPKKLTPLAYKQFIPNVAEKTLGASGRYEGKITRNSERFKELTPNYNPDIIFKDEENTGAD

RLMTQRCKDKLNALAISVMNQWPGVKLRVTEGWDEDGHHSEESLHYEGRAVDITTSDRDRSKYGMLARLAVEAGFDWVYYESKAHIHCSVKAENSV

AAKSGGCFPGSATVHLEQGGTKLVKDLRPGDRVLAADDQGRLLYSDFLTFLDRDEGAKKVFYVIETLEPRERLLLTAAHLLFVAPHNDSGPTPGPS

ALFASRVRPGQRVYVVAERGGDRRLLPAAVHSVTLREEEAGAYAPLTAHGTILINRVLASCYAVIEEHSWAHRAFAPFRLAHALLAALAPARTDGG

GGGSIPAAQSATEARGAEPTAGIHWYSQLLYHIGTWLLDSETMHPLGMAVKSS

>xenopus_shh

MLVATQSLLLLSFICTLVTPPGLACGPGRGIGKRRHPKKLTPLAYKQFIPNVAEKTLGASGRYEGKITRNSDCFKELTPNYNPDIMFKDEESTGAD

RLMTQRCKDKLNALAISVMNQWPGVKLRVTEGWDEDGHHLEESLHYEGRAVDITTSDRDRSKYGMLGRLAVEAGFDWVYYESKAHIHCSVKAENSV

AAKSGGCFPAGARVMVEFGGTKAVKDLRPGDRVLSSDPQGNLLYSDFLMFIDQERDVKKLFYVIETSQRKIRLTAAHLLFVAQTKVNGTRSFKSVF

ASNIQPGDLIYTADPKTMTLKAVKVEKVDLEEDTGAYAPLTAHGTVVIDQVLASCYAVIEEHTWAHLAFAPLRFGMSLSSYIYPRDSSPPSGLQPH

HQVDLQSHHQVDLQSHHQVDLQSHHQLEGIHWYSQLLYQIGTWLLDSNSLHPLGMATKSS

>xenopus_dhh

MPAVRIVILAICCGLLLVPVRCCGPGRGPVGRRRYMRKLVPLHYKQFVPNVPEKTLGASGKSEGKIHRGSERFIELVPNYNPDIIFKDEEKTGADR

LMTERCKDRVNALAISVMNMWPGVKLRVTEGWDEDGHHAHDSLHYEGRALDITTSDRDRNKYGMLARLAVEAGFDWVYYESKAHIHVSVKADNSLG

VRSGGCFPGTAMVMMGTGERKPLSELKIGDTVYTTDETGQLITSVVLLFLHRNPYKTATFVLIEAEGHPSKLLVTPNHLLFIQSSSSAGFLPFAYR

VQIGDLVQIYVNGTQVQSSKVVRVSLEEQTGVYAPMTEHGTLLVDGVLTSCYATVESHTLAHVSLAPLRLFQGIASMLPDLDMSDGVHWYCHILYV

LAKYVLWWDMP

>xenopus_ihh

MQLPKVVLLLCAAALLLSGAVRGCGPGRVVGRRRRPTKLSPLSYKQFSPNVPEKTLGASGRYEGKISRNSERFKELTPNYNPDIIFKDEEITGADR

LMTQRCKDRLNSLAISVMNQWPGVKLRVTEGWDEDGHHFEESLHYEGRAVDITTSDRDRNKYGMLARLAVEAGFDWVYYESKAHIHCSVKSEHSAA

AKTGGCFPGEALATLESGEKIPVSQLSPGLRVLAMDNSGRPTYSDFLSFLDHSPKEEHMFQVIKTQDPHRRLFLTPAHLIFVSDNYSTPASEFQAV

FASSVRPGQYILVSNVVGLIPAKVRSVNTQTNYGAYAPLTQHGTLVVDDVVVSCFALVQKQRLAQIVYWPLRVLYNLGIIAGTQPSQQMGIHWYSK

ALYHLGRLILHGNEFHPLGIVQLES

>c_elegance

31

MRAVLLTILILFKEVTGTSFLQTAAHAVRDFKLPAFSDTNGHACFSTDSWMTTPSGKKRMDQVGIGDLVLTGNLTAT

YYTPIITWMHREPENRYNFYTIMTEYGKMLAVSAKHLIYRNLCDENYAEYVKYLPKGRNVVYAEELKVGDCLVLLYK

GKFRQQRVMRISITERKGIYAPITKNGRIIVNDIVASVFSGIKHTRLQSDYYSTIAYAQSWLWIFGETVFHKATIPI

GSALASDVLRLVIP

>C_elegance_2

MIFLLFTLSILSHVEAGSFKNIGLSTDNKHQSPCIWNQTHAWSHPYQSLIVECCDESLKDLLQNFIRQGK

AGSLGDLAKVIQRKAQLEFHASFEAIICKSNFAISTHYHGSQACKVHVENQYFLIYETPVQYDPFNMHME

NYLSSIDSSDPLGSTKPQGLRGGFKDHRDDVTAGENLSVQPDADNILQYPNRWSQQDAKEEIFTTEASIE

NAFVLGTNMSHLPDIAEIDLVGPVPVPKNFTNLRIRDRLPENTHCEKERRDGNKCCSGPLASTMRDAMSQ

MASSPDFGPGGEGIIANRIQHSVQHRFKSSYEVIVSRSDFMISTRSGEKICKFQSKGFYILAYATPKQYD

IEKVEEERKLADISILDPLGSMESNFPHEAPQNVQLLLESSGDRVGFPVGSHCLEEVRTGSKCCSIDMFN

AMNAAYNTHMASSYFNAYDIRNISKVVQWNVEEVFQHSAEVIVALDDFVYASHYNDSFTCKYRVDRYHIL

AYLTPDHNLDKRISEVEIPNQITPSPYWITPVPMTVHQQPMFNLQQNLLPYQLPTHFSSPFTYAFGRMKR

QIGTSPYPIHLSIFHDIGYAIPIFCPSTLTGLFGSIICDGGVAYDMIRIVEETRQQPGFDKHNSRAMAKM

ITRTMERRFDTTFDSIAAEADFAWKTQKFNGRVSKLYLGGYSALSFQSSPDPPPASDFVDVANDPTVDGP

VYTDREQEDDDNDDDDGGDDMSSTSTTTTTTIPPPFFALPVPPPPPVPPPPPPPFLTCFSRDTWVTTPSG

KKRMDEIEIGDYVLTADLKTALFSAITLWIHREPETVQEFLEIKTDNGKTLQLTAGHFIYATECRYLPSK

NSSLLNSTPERYRHLIDTLPDDSETKLASQLKIGECLLIHNGDQFRMQKIDSISKTVSTGIYSPLTENGR

ILVNDVLASCYSEVQQNVLQTTFFWAFDRLRNLIVQYFGDLYLDEIELPTGTSLYKEVLTLVIPIRK

32

11 月 26 日 （ 第 8 回 ）

実 習

代 謝 経 路 デ ー タ ベ ー ス の 利 用

　無料で公開さ れ て い る 代 謝 経 路 の デ ー タ ベ ー ス と し て最も充実 し て い る の が 、京都大学化学

研 究所が 統括し て い る KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomics) で あ る 。 代 謝 経 路

の マ ッ プ を 調 べ る こ と が できるだけ で なく、 遺 伝 子 の 機 能 、 配 列 、 タ ン パ ク 質 の 立体構 造も検

索 できる 。 ク ロ ーニン グ し た 遺 伝 子 がどの ような 代 謝 経 路 で 機 能 し て い る か 、 あ る い は 代 謝異

常の メカニズ ム なども調 べ る こ と が できる 。

　ま た さ ま ざ ま な 化 合 物 （抗生 物 質 等 ）や市販の医薬品の 構 造 、 薬 理 作 用 、 副 作 用 を 検 索 す る

こ ともできる 。 遺 伝 子や化 合 物 の 機 能や相互作 用 を 調 べ る場合 、 ま た レ ポ ー ト 作 成 等 にも役立

つ 。 日本語表記の サ イ トも利 用 できる 。

　KEGG MEDICUS と名付け ら れ た 、医薬品・疾患・ パ ス ウ ェ ー の 統 合 デ ー タ ベ ー スも公開さ

れ て い る 。疾患・医薬品・環境物 質 など社会的ニー ズ の高い デ ー タ を 、 ゲ ノ ム 情 報 を 基盤と し

た 生体シ ス テ ム 情 報 と い て 統 合 し た リ ソ ー ス で 、 研 究者だけ で なく、医療従事者や一般の人に

も情 報 を 提供し て い る 。

KEGG ブ ラ ウ ザ ： http://www.genome.jp/kegg/pathway.html

KEGG Pathway を開け て み よう。 パ ス ウ ェ ー の項目は 、以下ように 分類さ れ て い る 。

1. Metabolism ；代 謝 経 路 （ビタ ミ ン A, retinol metabolism, の 代 謝 経 路 を 調 べ て み よ

う。 代 謝産物 を 示 す が ア ク テ ィ ブ で 構 造 等 が表示 さ れ る 。 ま た 代 謝 を司る酵素名も◯ア ク テ ィ ブ で 、 配 列 情 報 等 が表示 さ れ る ）

2. Genetic Information Processing ；遺 伝 子 か ら蛋白質 合 成 経 路 ・蛋白の修飾と 分

解 ・ ゲ ノ ム の修復 等 （ homologous recombination と non-homologous end-joining の 経 路

を比較し て み よう）

3. Environmental Information Processing ；細 胞 内 シ グ ナ ル 伝 達 経 路 ・ 分泌性 シ グ ナ

ル 因 子 を介し た 細 胞間相互作 用 （ TGF-beta の 細 胞 内 伝 達 系 を 調 べ て み よう。 発現の促

進 と抑制（ アゴニス ト ） の 関 係 が 分 か る ）

4. Cellular Processes ： 細 胞 の活動、 細 胞 分裂サ イ ク ル 等 （ Oocyte meiosis （卵母細

胞減数分裂） を 調 べ て み よう）

5. Organismal system；免疫系 ・ 内 分泌制御経 路 等 （ GnRH 、 生殖腺刺激ホ ル モ ン放

出 ホ ル モ ン 、 の 内 分泌経 路 を 調 べ て み よう）

6. Human Deseases ： 発 ガ ン 経 路 ・ 代 謝異常等 （ Melanoma, プ リ オ ン病 , diabetes（ １型糖尿病、 2 型糖尿病） の 発症経 路 を 調 べ て み よう）

7. Drug Development ：抗生 物 質 ・ 薬 剤 の 化学構 造 （ penicillin, antidepressants を 調 べ

て み よう。 合 成 経 路 、 薬 剤 の 分 解酵素等も表示 さ れ る ）

33

遺 伝 子 の キ ー ワ ー ド で パ ス ウ ェ ー を 検 索 す る時の操作 は下記の通り （ 遺 伝 子名か ら パ ス

ウ ェ ー に入る ）

練習 に hh; hedgehog の シ グ ナ ル パ ス ウ ェ ー を 見 よう

１． 先頭ペ ー ジ で KEGG PATHWAT を ク リ ッ ク

２． 枠に hedgehog を入力し て GO3 ． hedgehog が 関与す る パ ス ウ ェ ー （ Entry ） が 複数表示 さ れ る

４． 試し に map04340 を選択し て み よう。

５． パ ス ウ ェ ー が拡大さ れ る 。 各 遺 伝 子 が ア ク テ ィ ブ で 、 配 列 ・ 機 能 情 報 に リ

ン ク し て い る 。

６． 上の HEDGEHOG SIGNALLING PATHWAY を選択す る と 、 こ の シ グ ナ ル の 説 明

を 見 る こ と が できる 。

練習 に estradiol の 合 成 経 路 を 調 べ て み よう

１． 先頭ペ ー ジ で KEGG PATHWAT を ク リ ッ ク

２． 枠に estradiol を入力し て GO3 ． estradiol が 関与す る パ ス ウ ェ ー （ Entry ） が 複数表示 さ れ る

4 ． Steroid hormone biosynthesis を あ け る と cholesterol か ら の 合 成 経 路 を 見 ら

れ る

５． 反応を 触媒す る酵素名が ア ク テ ィ ブ で反応系 、 配 列 等 の 情 報 を 見 る こ と が

できる

６． ま た 各 代 謝産物 の 化学構 造も表示 できる

遺 伝 子 の 化 合 物 の 構 造 を 検 索 す る時の操作 は下記の通り

練習 に ampicillin の 構 造 を 調 べ て み よう

１． 先頭ペ ー ジ で KEGG DRUG を ク リ ッ ク

２． 枠に ampicillinを入力し て GO3 ． Entry を選択す る と 構 造 等 が 見 ら れ る

12 月 3 日 （ 第 9 回 ）

KEGG の BLAST検 索 を 使 っ て 、 調 べ た い 遺 伝 子 ・ タ ン パ ク 質 が乗っ て い る パ ス ウ ェ ー を 検

索 す る こ ともできる .1. KEGG2 先頭ペ ー ジ上段の GENES を ク リ ッ ク 。 BLAST を開け る 。

２ . 例と し て 、下の 塩 基 配 列 （私達 の 研 究 グ ル ー プ が ウ ナギか ら ク ロ ーニン グ し

た 遺 伝 子 で まだデ ー タ ベ ー ス に は登録し て い な い ） で BLASTX 検 索 し て み よ

う

>test_DNA_sequence-2

ATCACTGCGTCTTGTGTCCTATCGGTCTAGCCTAGCCACTGTCTANAAGCTATAGGAAGGTTTCAGTATTGGGAGCCATGTTTGGGAGC

CTGCTGTTCACTGTGCTGTGTGAGGCAGCAGTGGCCCTCATCAACCCAAATCTAAGCCTCCATTGGGAGATGTGGAAGGAGGGACATGA

CAAGACCTACCTGTTTAAGGCTGAAGAGTTTGCACGCCGCCAGATCTGGGAGAAGAACCTGAAGCTGATAACTCTGCATAATTTGGAGG

CGTCCATGGGAATGCACACCTATGATCTGGGCATGAACCACCTAGGAGACTTGACTACCGAGGAGATTCTTGACGTGCTAGCTGTAACT

CGTGTGCCTCCAAACTTCAGCAGGGGTCCTTCTCCCTTTGTGGGGGTATCCAGGGCCCCTGTGCCTCACAATGTTGATTGGCGAAGAAA

34

GGGCTATGTCACAGAAGTCAAGAGTCAGGGGCGTTGTGGCTCCTGCTGGGCCTTCAGTGCTGCAGGTGCCCTGGAGGGCCAGCTGATGA

AGACTCAGGGAACACTTGTATCCCTCAGCCCTCAGAACCTGGTTGACTGCTCCTACAAATATGGCAACGAGGGCTGTCATGGAGGGTTC

ATGACTCAAGCCTTCCAGTATGTCATTGAGAACGGGGGCATTGAGTCTGACTTTTCATACCCTTACACTGGCATGGAAGAACAATGCAG

ATATGATTCAGAACTCCGTGTTGCCAACTGTTCCAGCTACAGGTTTCTTCCTGAAGGTGATGAGGTTGCATTAAAATGGGCTCTGGCCA

CTGTTGGACCAATCTCTGTGGCTATTGATGCTGCTCGACCTAATTTCCACTTCTACCGGAGTGGTGTGTACCATGACCCTACCTGTACC

CAAGAAGTAAACCATGGTGTTCTAGCAGTTGGCTATGGTACGCTCAATGGTGAGGACTACTGGCTTGTGAAGAACAGCTGGGGACAGCC

TTTTGGGGAACAGGGCTACATTCGCATGGCACGAAACAAGAACAACCAGTGTGGCGTTGCCTTGTATGCCTGCTACCCCATTATGTGAC

GACCTGAAGCAAAGGATTGATTTCTAACTTGAAACATTTTAAAATTTTTATTTTGATTTGCACCTGTGCATGTTACTGATTTGTAAAGA

ATACTGTTAAAATGATTTGTATTAAAAAAATATATATTTTTAGATGTGGAATTTTAGTTGAACCTAAATAAATAAATGTAAAAAAAAA

１． ゼブ ラ フ ィ ッ シュDre の エ ン ト リ ー を開け て み よう

2 ． Pathway を開け て み よう。 検 索 し た 遺 伝 子 の パ ス ウ ェ ー上の 位置が 分 か る

KEGG MEDICUS利 用 できる サ ービス

・ KEGG MEDICUS 　医薬品情 報

・ KEGG MEDICUS 　疾患情 報

・ KEGG MEDICUS 　医薬品相互作 用

・ KEGG BRITE　医薬品分類

・ KEGG お薬 情 報

・ KEGG 先頭ペ ー ジ上段で 、 MEDICUS を選択

・ Imatinib と言う医薬品で キ ー ワ ー ド 検 索 し て み よう

・効果 、 製 造会社、 化学構 造 等 を知る こ と が できる ：

講 義 ： 論 文 の 構 成 、 文献デ ー タ ベ ー ス

１． 実 習 ： 文献検 索 （ PubMed ）

講 義

配 列 情 報 と 文献の 検 索

　研 究 計 画 を 立 て る場合 、その 研 究 に 関 連 し た過去の 論 文 を リ ス ト ア ッ プ し て 、既に 報告さ れ

て い る 成 果 を 調 べ ておくこ と が大変 重 要 で す 。 こ の操作 に よ り 、 こ れ か ら 進める 研 究 テ ー マ に

つ い て 、 研 究 がどこ ま で 進んで い る の か 、何が 分 か っ て い な い の か を 調 べ る訳で す 。そし て未

知の 生 物現象を 解 明 す る の に 、最も有効な 計 画 を 立 案 し ま す 。もちろん研 究 で 遺 伝 子 を扱う場

合 、その 遺 伝 子 の 配 列 、 こ れ ま で に 分 か っ て い る 性 質 を 調 べ ておくこ とも重 要 で す 。 こ の 検 索

操作 をちゃんと し ておか な い と 、 「せっ かく得ら れ た 実験成 果 が既に 報告さ れ て い た 」 と言う

ような悲惨な こ とも起きかねません。

　ま た卒業 論 文や投稿用 論 文 の 作 成時に は 、緒言に 研 究 の 歴 史 と背景、 研 究 内 容 の意義 を述べ 、

35

考察で は 実験結 果 と既知の 成 果 を比較検討し 、 研 究 で得ら れ た新し い知見 に つ い て議論 し ま す 。

論 文 を仕上げる時にも、 関 連 論 文 を 収 集 し て精査す る必要 が あ り ま す 。 文献以外にも、 ク ロ ー

ニン グ し た 遺 伝 子 と 関 連 遺 伝 子 と の ア ラ イ メ ン ト を行うこ とや、 分 子 系 統 樹 を 作 成 す る の に 関

連 遺 伝 子 を デ ー タ ベ ー ス か ら引き出 し てくる こ と が必要 と な る こ と が あ り ま す 。

　例えば、自分 の 研 究 で ウ シやブ タ などの家畜、 あ る い は 作 物 で 遺 伝 子 を ク ロ ーニン グ し た と

し ま す 。 遺 伝 子 機 能 に 関 す る 研 究 が 進んだ現在で は 、 モ デ ル 生 物 （ マ ウ ス 、ニワ ト リ 、ゼブ ラ

フ ィ シュ、 シ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ 、線虫、酵母、 シ ロ イ ズ ナ ズ ナ 等 ） のどれ か で相同遺 伝 子 の 機 能

が 解 析 さ れ 、 論 文 の形で 出版さ れ て い る こ と が 多 い と言えま す 。その 論 文 を 読めば、 ク ロ ーニ

ン グ し た 遺 伝 子 の持つ 機 能 の 概 要 を知る こ と が できま す 。 デ ー タ ベ ー ス を 利 用 す れば、 こ の様

な 情 報も簡単に 収 集 できま す 。 遺 伝 子 を BLAST 検 索 し 、 モ デ ル 生 物 の相同性 の高い 遺 伝 子 配 列

を探し 、そこ か ら 文献情 報 を探す こ と が 可 能 で す 。

　今日 は 、 研 究 計 画 を 立 て る時や論 文 を書く際 、 ク ロ ーニン グ さ れ た 遺 伝 子 に 関 連 す る 論 文 の

検 索 、 研 究や論 文 作 成 で必要 な 論 文 の 検 索 方 法 を 実 習 し ま す 。

文献の 検 索 に は 、 （ 1 ） NCBIの PuBMed 、 （ 2 ）大学の 図書館の オ ン ラ イ ン ジャー ナ ル 、

（ 3 ） Scopus（ Elsevier 社の有料検 索 シ ス テ ム ） が 利 用 できま す 。 PuBMed の 使 い勝手が最近

非常に よくな っ た の で 、ほとんどの こ と は PuBMed で す み ま す 。従っ て 、 PuBMed の 使 い 方 を

中心に 演 習 し 、大学の 図書館の オ ン ラ イ ン ジャー ナ ル に つ い て少し 解 説 を 加えま す 。

文献検 索 を 使う目的 に は 、下記の ように幾つ か の シ チュエ ー シ ョ ン に 分 か れ ま す 。 いずれも

PuBMed で 可 能 で す 。

１． 特 定 の 論 文 をダウ ン ロ ー ド し た い 。

２． あ る 研 究者がどの ような 論 文 を 出版し て い る か知り た い

３． あ る 生 物現象に 関 す る 論 文 をもれ なく調 べ た い 。

４． 作 成中の 論 文 の考察に必要 な 論 文 を探し た い

５． 扱う遺 伝 子 に 関 連 す る 論 文 を 調 べ た い 。

実 習

文献の 検 索

使 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ： NCBI使 用 す る ア イ テ ム ： PubMed 上の枠の下に あ る Advanced ボタ ン を 使う。

左の All Fields ボタ ン を ク リ ッ ク す る と 、 著者名、 出版年度 、 タ イ ト ル中の ワ ー ド 、

Abstract中の ワ ー ド 、 Journal （雑誌）名で 検 索 できる シ ス テ ム に な っ て い る 。 こ れ

ら をうまく使うと必要 な 文献をうまく検 索 す る こ と が 可 能 で あ る 。それぞれ に つ い て

授 業 で は 実 習 し ま す 。東北大学図書館が購読契約し て い る雑誌、 あ る は Plos One の よ

うな on-line journal で あ れば、 検 索 結 果 の ペ ー ジ か ら 論 文 の pdf ファイ ル を と りだし て 、

36

プ リ ン トやダウ ン ロ ー ド が できま す 。

１． 特 定 の 論 文 をダウ ン ロ ー ド し た い 。

例えば、山中先生 が ノ ー ベ ル賞をもらうこ と に な っ た iPS 細 胞 の 論 文 を探し て み よ

う。

Author: Yamanaka ShinyaJournal: Cell

２． あ る 研 究者がどの ような 論 文 を 出版し て い る か知り た い

例えば、私と 研 究室の助教の横井さんの共著論 文 を探し て み よう。

Author: Suzuki TohruAuthor: Yokoi Hayato

３． あ る 生 物現象に 関 す る 論 文 をもれ なく調 べ た い 。 論 文 の考察に 関 連 す る 論 文 を探し た い 。

例えば、魚類の iPS 細 胞 に 関 す る 論 文 が 出版さ れ て い る か ？

Title/Abstract: FishTitle/Abstract: iPS cell

成長ホ ル モ ン の 日周リ ズ ム に 関 す る 論 文 を知り た い

Title/Abstract: growth hormoneTitle/Abstract: circadian rhythm

４． 扱う遺 伝 子 に 関 連 す る 論 文 を 調 べ た い 。

例えば、癌遺 伝 子 Brca2 に 関 す る 論 文 を 調 べ た い 。

Title/Abstract: Brca2Title/Abstract: human or mouse or zebrafish

BLAST 検 索 結 果 か ら 、 検 索 し た 遺 伝 子 に 関 す る 文献情 報 を 収 集 す る こ ともできま す 。 リ ス ト

ア ッ プ さ れ てきた 遺 伝 子 の名称が ア ク テ ィ ブ で 、それ を ク リ ッ ク す る と 配 列 情 報 に 加えて 、

PUBMED の番号を添えた形で 関 連 の 論 文もリ ス ト ア ッ プ さ れ て い ま す 。 PUBMED 番号を ク リ ッ

ク す る と 文献情 報 に入る こ と が できま す 。

test_sequence-1 で試し て み よう。

>test_sequence-1(zebrafish_charon)_peptide

MTFQVGFFVLLSVTTIGAFPRNAFQREFHRHVAKDFESSGNGPDEPVRGSVRIVKLNPHFLRRAAVSHVPFRNSPSRGAFP

AFLALGRPGPAILTHSKPAPQVSSSADRRKQGLEMWKKVVHKSERKKEAVALRINPKDMNKQSCAAVPFTQRITEEGCETV

TVHNNLCYGQCSSMFVPSSGGSHGQQKAQCMRCGPSRARSVLLHLRRGSEVRERRVLI

「 電 子 ジャー ナ ル 」 へ の ア ク セ ス の 方 法

東北大学ホ ー ム ペ ー ジ→東北大学付属図書館→電 子 ジャー ナ ル リ ス ト （学内者限定 ）→

雑誌名の キ ー ワ ー ド 検 索 OR ア ル ファベ ッ ト順で 検 索→ volume, page 入力・ 検 索

37

EndNote文献の ラ イ ブ ラ リ ー の 作 成 、 論 文 へ の 文献の引用 、 文献リ ス ト の 作 成 に は 、 EndNote が

広く使われ て い ま す 。市販品は 6 万円程度で か な り高価で す が 、 論 文 を書く人に は必携

で す 。

短期間で あ れば、試供品が 使えま す 。 ま た 機 能 は か な り 製 薬 さ れ て い ま す が 、無料版も

公開さ れ て い ま す 。

Impact factor科学分野毎に 、 複数の Journal が 出版さ れ て い ま す 。どれだけ Journal 内 の 論 文 が 、他の 論

文 に よ っ て引用 さ れ て い る か 、 す なわち引用 回数に よ っ て 、 Journal の評価が 分 か れ ま す 。

それ ら を数値化 し たもの に Impact factor が あ り ま す 。 Impact factor は 、 「大学図書館」

の 「 デ ー タ ベ ー ス 」 に あ る 「 InCites Journal Citation Reports (JSR) 」 で 、 調 べ る こ と が

できま す 。

38

12 月 10 日 （ 第 10 回 ）

講 義

タ ン パ ク 質 の 構 造 に つ い て の 解 説各 種 プ ロ グ ラ ム を 使うこ と に よ り 、 タ ン パ ク 質 の 構 造 的 特徴を 予 測 す る こ と が できま す 。今日

の 授 業 で は 、 シ グ ナ ル ペ プ チ ド 、 ド メ イ ン 構 造 に つ い て 解 説 し た あ と 、 テ ス ト 配 列 を 使 っ て 実

際 に こ れ ら 構 造 の 検 索 （ 分 子 量 、 等 電 点 、 シ グ ナ ル ペ プ チ ド 、 疎 水 性 ・ 親 水 性領域、 ド メ イ ン

構 造 ） を行い ま す 。

　代表的 な ド メ イ ン 構 造 （ モ チ ー フ ） 検 索 サ イ ト に は 、 イギリ ス の サ ン ガ ー 研 究所が公開し て

い る Pfam が あ り ま す 。

シ グ ナ ル ペ プ チ ド

分泌性 の蛋白質 の N 末端に存在す る 、 15-30 残基 の 疎 水 性 ア ミ ノ 酸 か ら 構 成 さ れ た シ グ ナ ル 配

列 。 分泌前 に 、 シ グ ナ ル ペ プ チダーゼに よ っ て切断さ れ る 。

タ ン パ ク 質 の ド メ イ ン （ モ チ ー フ ） 構 造

ド メ イ ン 構 造 （ = モ チ ー フ ） ： タ ン パ ク 質 の ア ミ ノ 酸 配 列 の な か で 、 特有な 性 質 を持っ た領域。

分 子 の 構 造上あ る い は 機 能上一 つ の ま と ま り を持つ領域。

ド メ イ ン 構 造 の例

細 胞膜レ セ プ タ ー ： リ ガ ン ド 結 合 ド メ イ ン 、 細 胞膜貫通ド メ イ ン 、 チ ロ シ ン キ ナ ーゼ

ド メ イ ン 、 リ ン 酸 化 ド メ イ ン

核レ セ プ タ ー ： リ ガ ン ド 結 合 ド メ イ ン 、 DNA 結 合 ド メ イ ン

実 習

塩 基 配 列 の ア ミ ノ 酸 配 列 へ の 変 換

塩 基 配 列 を ア ミ ノ 酸 配 列 に 変 換 できる サ イ ト ： NCBI/Open Reading Finder, ExPasy/Tranlate

NCBI/Open Reading Finder を 使 っ て 塩 基 配 列 （ >test_DNA_sequence-1 ） を ア ミ ノ 酸 配

列 に 変 換 し て み よう

１ ） 利 用 す る ウ ェ ブ サ イ ト ： NCBI (National Center for Biotechnology Center) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

２ ） 使 用 す る ア イ コ ン ： Open Reading Frame Finder (ORF finder )open reading frame = 　蛋白質 を コ ー ド す る 塩 基 配 列 の 読 み 取 り枠

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ORF finder に よ る 検 索 手 順1 ． NCBIの ウ ェ ブ サ イ ト を開き、左上Resource List (A-Z) を ク リ ッ ク

2 ． Open reading frame finder(ORF finder)を開け る

３．ア ミ ノ 酸 配 列 に 変 換 す る

配 列 (FASTA format) を枠内 に 配 列 を コピー す る

OrfFind ボタ ン を押す

青 で 示 さ れ た 部 分 が 、 予想さ れ る ア ミ ノ 酸 配 列

（ セ ン ス 、 ア ン チ セ ン ス 鎖 の３フ レ ー ム で の翻訳結 果 が 示 さ れ る ）

通常、 一番長い フ レ ー ム が タ ン パ ク 質 の コ ー ド 配 列 で あ る

青 の バ ー を ク リ ッ ク す る = 塩 基 配 列 と ア ミ ノ 酸 配 列 が表示 さ れ る

４．推定 さ れ た ア ミ ノ 酸 配 列 を 取 り 出 す に は

Acceptボタ ン を押す

Viewボタ ン を押す ： ア ミ ノ 酸 配 列 デ ー タ と諸情 報 が 示 さ れ て い る

ア ミ ノ 酸 配 列 を テ キ ス ト ファイ ル 等 に コピー す る

>test_DNA_sequence-1(zebrafish_charon)

AACGAAACCTTGAACCGCAAGATTTTTCAACAAATAATCGACTATATGTATTTTTAGAGAGAAATAAATTCCCTCTCTTTT

CTTTTTTGTAAAATTCTATAATTTAGCTAAAATGACTTTTCAGGTCGGCTTTTTTGTGCTGTTGTCAGTCACAACAATTGG

CGCTTTCCCGCGCAATGCATTTCAGCGGGAATTTCACCGACACGTGGCGAAAGACTTTGAATCCTCCGGGAATGGACCAGA

CGAACCTGTTCGGGGATCTGTCCGAATTGTCAAACTAAACCCTCATTTTCTGCGCCGGGCCGCCGTTAGTCATGTGCCGTT

CAGAAATTCACCAAGTCGAGGCGCGTTTCCCGCGTTCTTGGCCCTCGGACGTCCGGGCCCCGCAATCCTGACCCATAGCAA

ACCTGCGCCTCAGGTGAGCAGCAGTGCAGACAGGAGGAAACAAGGGCTCGAGATGTGGAAGAAAGTGGTGCACAAAAGCGA

GCGAAAAAAAGAGGCAGTGGCTCTGCGCATCAATCCCAAAGACATGAACAAACAGAGCTGTGCCGCAGTTCCCTTTACACA

GCGCATAACGGAGGAGGGCTGTGAGACGGTGACCGTTCACAATAATCTCTGCTACGGTCAGTGCAGCTCCATGTTCGTGCC

CTCCAGCGGAGGCTCTCACGGACAACAGAAAGCGCAGTGCATGCGCTGCGGCCCCTCTAGAGCGCGCTCCGTGCTCCTGCA

CCTGCGCCGCGGGTCTGAGGTGCGGGAGAGGCGCGTACTGATCGTTGAGGAGTGCAAGTGTGAAACCAGCAGCGAAGAGGC

CAAAGTTCAGAACACAGATATGTTTAATTTATAACAGTCATTTTAAAGTTTATAAAAATCGTAA

//

Expasyの Translate に よ る 検 索 手 順

タ ン パ ク 質 の 構 造 解 析 で は 、ヨー ロ ッ パ の 研 究 機 関 の ウ ェ ブ サ イ ト が充実 し て い る 。 特 に

Swiss Institute of Bioinformatics 、 Sanger研 究所（ イギリ ス ） の サ イ ト は 、 利 用価値が高い 。 前

者は 、 ExPASy (Bioinformatics Resource Portal) 、後者は Pfam （ ド メ イ ン 解 析 ） を公開し て い る 。

ま た European Bioinformatics Institute (EBI)でも、 タ ン パ ク 質 の 構 造 解 析 プ ロ グ ラ ム を公開し て い

る 。

1 ． Expasy を あ け る

２． 左の Resource A..Z を選択

3 ． Translate を選択

４． 枠内 に 塩 基 配 列 の み コピー し 、 Translate sequenceを ク リ ッ ク し て 検 索

40

41

12 月 17 日 （ 第 11 回 ）

基 本 構 造 の 解 析

タ ン パ ク 質 の 分子量・等電点の 予 測 ：

1 ） ExPASy (http://ca.expasy.org/)を開け る 。

２ ） 左の Resource A..Z を選択

3 ） Compute PI/Mw を選択

４） 下記の > zebrafish_Charon で 検 索 し て み よう。 ア ミ ノ 酸 配 列 を枠内 に コピー す る

（ 配 列 の み ： こ の プ ロ グ ラ ム で は ＞ で 始 ま る 行 は コ ピ ー し な い ） 。 Click here to computepI/Mw ボタ ン を ク リ ッ ク す る 。

５） 検 索 結 果 ： Theoretical pI/Mw: 10.00 （ 等 電 点 ） / 27073.04（ 分 子 量 ）

>zebrafish_CharonMTFQVGFFVLLSVTTIGAFPRNAFQREFHRHVAKDFESSGNGPDEPVRGSVRIVKLNPHFLRRAAVSHVPFRN

SPSRGAFPAFLALGRPGPAILTHSKPAPQVSSSADRRKQGLEMWKKVVHKSERKKEAVALRINPKDMNKQSCA

AVPFTQRITEEGCETVTVHNNLCYGQCSSMFVPSSGGSHGQQKAQCMRCGPSRARSVLLHLRRGSEVRERRVL

IVEECKCETSSEEAKVQNTDMFNL

//

（ゼブ ラ フ ィ ッ シュCharon： 分泌型の シ グ ナ ル タ ン パ ク 質 ）

疎水性・親水性領域の 解 析 ：

１ ） ExPASy Proteomics tools (http://ca.expasy.org/) を開け る ２ ）左の Resource A..Z を選択

３） Prot Scale を選択

４） ア ミ ノ 酸 配 列 を枠内 に コピー す る 。 Hphob. / Kyte &Doolittle （ デ フ ォ ル ト状態：

疎 水 性 / 親 水 性 解 析 で最も利 用 さ れ て い る プ ロ グ ラ ム ） を選択す る 。

５） >zebrafish_fgfr1 で試し て み よう

６） Submit ボタ ン を押す

７） 結 果 ： グ ラ フ の プ ラ ス が 疎 水 性 、 マ イ ナ ス が 親 水 性 を 示 す . fgfr1 で は 、 ア ミ ノ末端

側の 疎 水領域は シ グ ナ ル ペ プ チ ド の 部 分 。中央の 疎 水領域は 、 細 胞膜貫通ド メ イ ン で

あ る 。

>zebrafish_fgfr1

MIMKTTLLLISVLLTQALQSQGRPAIQDEAPAEPTSYTLDSGEKLELSCKAKEDTQKVTWTKDLVPLVDGEHTRLRN

DQMEIEKVEPADSGLYACFAQGLNSNHTEYFNISVTDEEDEVDSSSEEAKLSNDQNLPMAPVWAQPDKMEKKLHAVP

ASKTVKFRCQANGNPTPTLKWLKNGKEFKRDQRIGGFKVREHMWTIIMESVVPSDRGNYTCLVENRHGSINHTYQLD

VVERSPHRPILQAGLPANRTAVVGSDVEFECKVFSDPQPHIQWLKHIEVNGSRYGPDGLPYVRALKTAGVNTTDKEM

EVLQIRNVSLEDAGEYTCLAGNSIGHSHHSAWLTVYKAVPPTQLPNQTYLEVLIYCVGFFLICVMVGTAVLAKMHSS

AKKSDFNSQLAVHKLAKSIPLRRQVTVSVDSSSSMHSGGMLVRPSRLSSSGSPMLSGVSEYELPQDPRWEVQRDRLV

LGKPLGEGCFGQVMMAEAMGMDKEKPNRITKVAVKMLKSDATEKDLSDLISEMEMMKIIGKHKNIINLLGACTQDGP

LYVIVEFAAKGNLREYLRVRRPPGMEYCYNPDQVPVENMSIKDLVSCAYQVARGMEYLASKKCIHRDLAARNVLVTE

42

DNVMKIADFGLARDIHHIDYYKKTTNGRLPVKWMAPEALFDRIYTHQSDVWSFGVLLWEIFTLGGSPYPGVPVEELF

KLLKEGHRMDRPSTCTHELYMMMRDCWHAVPSQRPTFKQLVEDLDRTLSMTSNQEYLDLSVSLDQFSPNFPDTRSST

CSSGEDSVFSHDAGADEPCLPKFPPHPNRGVAFKKR

（ FGF 受容体： 細 胞 内 に チ ロ シ ン キ ナ ーゼド メ イ ン を持っ た膜貫通型細 胞膜受容体・

FGF=fibroblast growth factor/ 繊維芽細 胞 増殖因 子 ：創傷治癒、培養条件下で繊維芽細

胞 の 分裂を促進 す る 。胚発 生 で は中胚葉誘導に 関与す る ）

シ グ ナ ル ペ プ チ ド の 検 索

タ ン パ ク 質 の シ グ ナ ル ペ プ チ ド の 予 測 ：

１ ） SignalP 3.0 Server （ http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/ ） を開け る （ デ ン マ ー

ク の Technical University が公開）

２ ） >zebrafish_Charon で 検 索 し て み よう。 ア ミ ノ 酸 配 列 を枠内 に コピー す る 。 Submitボタ ン を ク リ ッ ク す る 。

練習 ：下の ア ミ ノ 酸 配 列 でも検 索 し て み よう

>mouse_vitamin_D_receptor

MEAMAASTSLPDPGDFDRNVPRICGVCGDRATGFHFNAMTCEGCKGFFRRSMKRKALFTCPFNGDCRITKDNR

RHCQACRLKRCVDIGMMKEFILTDEEVQRKREMIMKRKEEEALKDSLRPKLSEEQQHIIAILLDAHHKTYDPT

YADFRDFRPPIRADVSTGSYSPRPTLSFSGDSSSNSDLYTPSLDMMEPASFSTMDLNEEGSDDPSVTLDLSPL

SMLPHLADLVSYSIQKVIGFAKMIPGFRDLTSDDQIVLLKSSAIEVIMLRSNQSFTLDDMSWDCGSQDYKYDI

TDVSRAGHTLELIEPLIKFQVGLKKLNLHEEEHVLLMAICIVSPDRPGVQDAKLVEAIQDRLSNTLQTYIRCR

HPPPGSHQLYAKMIQKLADLRSLNEEHSKQYRSLSFQPENSMKLTPLVLEVFGNEIS

（ビタ ミ ン Ｄ受容体は 、核に移行す る蛋白質 な の で シ グ ナ ル ペ プ チ ド は な い ）

ド メ イ ン 構 造 の 検 索

タ ン パ ク 質 の ド メ イ ン 構造の 予 測 -1： Pfam を 使う（ ド メ イ ン 検 索 で最も利 用 さ れ て

い る ： 機 能 ド メ イ ン を探す の に便利 ）

今日 は 、下の マ ウ ス のビタ ミ ン Ｄ受容体で 検 索 し ま す 。

1 ） Pfam （ http://pfam.sanger.ac.uk/ ） （ イギリ ス の サ ン ガ ー 研 究所） を開け る

2 ） SEQUENCE SEARCH ボタ ン を押す

３） 枠内 に ア ミ ノ 酸 配 列 （試し に >mouse_vitamin_D_receptor ） を コピー し 、 Go を押す

４） み つ か っ た ド メ イ ン 構 造 が グ ラ フ ィ ッ ク で上に 図 示 さ れ る 。

５） 下に は 各 ド メ イ ン の 説 明 が表示 さ れ る 。

６） 一番右の Show/hide alignment を押す と 、 デ ー タ ベ ー ス に納めら れ て い る ド メ イ ン

配 列 と問い 合わせ配 列 の ア ラ イ メ ン ト が表示 さ れ る

７） ド メ イ ンネー ム （上の グ ラ フ ィ ッ クも同様） が ア ク テ ィ ブ で 、それ を押す と 、 ド メ

43

イ ン の 説 明 、 立体構 図 が表示 さ れ る

８） 右上の グ ラ フ ィ ッ クツー ル のうち、 crystallographic structuresを押す と 、 み つ か っ た

タ ン パ ク 質 の高次 構 造 が グ ラ フ ィ ッ ク で 示 さ れ 、詳細 な 構 造 の 説 明も表示 さ れ る 。

PBD ID を押す と 、 タ ン パ ク 質 の高次 構 造 （ ア ル ファへ リ ッ ク ス 構 造 等 ） が表示 さ れ

る 。

>mouse_vitamin_D_receptor

MEAMAASTSLPDPGDFDRN

VPRICGVCGDRATGFHFNAMTCEGCKGFFRRSMKRKALFTCPFNGDCRITKDNRRHCQACRLKRCVDIGMMKEFILT

DEEVQRKREMIMKRKEEEALKDSLRPKLSEEQQHIIAILLDAHHKTYDPTYADFRDFRPPIRADVSTGSYSPRPTLS

FSGDSSSNSDLYTPSLDMMEPASFSTMDLNEEGSDDPSVTLDLSPLSMLPHLADLVSYSIQKVIGFAKMIPGFRDLT

SDDQIVLLKSSAIEVIMLRSNQSFTLDDMSWDCGSQDYKYDITDVSRAGHTLELIEPLIKFQVGLKKLNLHEEEHVL

LMAICIVSPDRPGVQDAKLVEAIQDRLSNTLQTYIRCRHPPPGSHQLYAKMIQKLADLRSLNEEHSKQYRSLSFQPE

NSMKLTPLVLEVFGNEIS

（ビタ ミ ン Ｄ受容体；核タ ン パ ク 質受容体ファミ リ ー の メ ン バ ー で 、骨形成 等 に 関与

す る ）

終わっ た人は 、 次 の タ ン パ ク 質 で 検 索 し て み よう：

ゼブ ラ フ ィ ッ シュ・ FGF レ セ プ タ ー

等 鎖 結 合 部 位 の 予 測

Asn-Xaa-Ser/Thr タ イ プ の 等 鎖 結 合 部 位 の 予 測 プ ロ グ ラ ム

http://www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/

3D 構 造 デ ー タ ベ ー ス の閲覧

NCBI の 利 用

NCBIの Resource List の中に あ る Structure (Molecular Modelling Database) を 使うと 、 タ ン パ ク 質

構 造 デ ー タ ベ ー ス に納めら れ て い る 3D 構 造 を閲覧す る こ と が できま す 。

↓NCBI homepage↓Resource List か ら Structure (Molecular Modelling Database) を選択

↓ 左カラ ム の Search を選択

↓Search の枠に タ ン パ ク 質 明 を入力し て 検 索 （試し に prion, VDR で 検 索 し て み よう）

PDB (Protein Data Bank) の 利 用

www.pdb.org 上の ア イ コ ン か ら macromolecule を指定 し て キ ー ワ ー ド 検 索 （試し に prion, VDR で 検 索 し て み

よう）

3D 構 造だけ で なく、 遺 伝 子 の 機 能 の 解 説も添えら れ て い る

NCBI blastp に よ る 検 索

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Blastp で デ ー タ ベ ー ス を Protein Data Bank を選択し て 検 索 す る （上の Protein Data Bankに登録さ れ て い る高次 構 造 の 分 か っ て い る タ ン パ ク 質 に対し て blastp検 索 が行われ る ）

配 列類似遺 伝 子 で高次 構 造 の 解 析 さ れ て い る タ ン パ ク 質 が表示 さ れ る 。右の Accession ボ

タ ン を押す と 、 デ ー タ が表示 さ れ る 。右に 3D 構 造 が 図 示 さ れ る 。

12 月 24 日 （ 第 12 回 ）

酒井先生 が下記の 内 容 で 授 業 を行い ま す 。

配 列 の ア ラ イ ン メ ン ト手法 とＢＬＡＳＴ検 索 の 原 理

・ 配 列 の ア ラ イ ン メ ン ト と は

・ 全域ア ラ イ ン メ ン ト と局所ア ラ イ ン メ ン ト

・ ア ミ ノ 酸置換行列

・動的 計 画 法 に 基づく局所ア ラ イ ン メ ン ト の求め方

・ＢＬＡＳＴはどの ように 検 索 を行っ て い る の か

（動的 計 画 法 と の違い と 、それ に ともなう利 点 、問題 点 ）

進 化 系 統 樹 とＣＬＡＳＴＡＬ Ｗで 用 い ら れ て い る近隣結 合 法 の 原 理

・ 種 の 進 化 モ デ ル

・ 分 子時計仮説

・ ウ ル ト ラ メ ト リ ッ ク木と 加 法木

・ＵＰＧＭＡ法

・近隣結 合 法

以上に つ い て 概 説 す る 。

講 義 と 実 習

21 世紀の 分 子 生 物学で革新的 な新技術

こ の 5 年間で 実 用 化 さ れ た ゲ ノ ム編集技術 （ Genome editing ） と 次 世 代 シ ー ケ ン ス 解

析 （ New generation sequencing: NGS ） の 2 つ の技術 は 、おそらく分 生 生 物学におけ る

今世紀最大の技術革新で あろうと思われ ま す 。 前者は 生 物 の ゲ ノ ム 配 列 を人為的 か つ簡便

に書き換える こ と を 可 能 に し た技術 で 、後者は ヒ ト の ゲ ノ ム でも 1 回 の 解 析 で シ ー ケ ン ス

できる ナ ノ技術 で す 。 2 つ の技術 の 重 要 な 点 と し て 、 基礎生 物学に 加えて 、農学を含め応

用 研 究 に無限の 可 能 性 を秘めて い る こ と を強調 し ておく必要 が あ り ま す 。 ゲ ノ ム編集 で は 、

農林水産の新品種開発 が活発 に推進 さ れ て い ま す 。 NGS は 、既に品種 の ゲ ノ ム育種や形質

の責任遺 伝 子 の同定 に有効利 用 さ れ て い ま す 。

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ゲ ノ ム編集技術 の 原 理

ゲ ノ ム編集広く使われ て い る CRISPR/Cas9 法 は 、簡単に ま とめる と 、 ファー ジ ウ ィ ル

ス に対す る 細菌の獲得免疫シ ス テ ム を 遺 伝 子工学の技術 に展開す る こ と で 、 ゲ ノ ム に

配 列 特異的 に 2 本鎖切断を誘起す る こ と を 可 能 に し た技術 と いえま す 。 ゲ ノ ム編集 は 、

CRISPR/Cas9 法 を 用 い て 遺 伝 子 の ノ ッ ク ア ウ ト 、 あ る い は 配 列 の ノ ッ ク イ ン を行う技

術 と な り ま す 。 ノ ッ ク ア ウ ト で は 、 2 本鎖切断の修復 で起こ る 塩 基 の欠損や挿入に よ

る フ レ ー ム シ フ ト を 利 用 し て い ま す 。 あ る い は 、 2 本鎖切断を 遺 伝 子 内 に 2 カ所誘起し て 、その間の 配 列 を削除す る こ と でもノ ッ ク ア ウ ト が 可 能 で す 。受精卵に Cas9 と

複数の 遺 伝 子 の ガ イ ド RNA を導入す る こ と で 、同時に 複数個の 遺 伝 子 を ノ ッ ク ア ウ ト

す る こ とも可 能 で す 。

ノ ッ ク イ ン で は 、 2 本鎖切断部 位 に ド ナ ー 配 列 を設計 す る こ と で 、相同組換えに よ る

遺 伝 子導入が高効率と な り 、 ES 細 胞 を 用 いずに 、直接受精卵内 で ノ ッ ク イ ン す る こ

と が 可 能 で す 。

CRISPR/Cas9 で の標的 配 列 の設計

　 CRISPR/Cas9 の標的 配 列 は 20 塩 基程度で極めて短い ために 、同じ配 列 あ る い は 1塩 基違う配 列 が標的 配 列以外にも存在す る 可 能 性 は大い に あ り ま す 。標的 配 列 に 加え

て 、 こ の ような 配 列 は CRISPR/Cas9 で切断さ れ る ために オ フ タ ー ゲ ッ ト と呼ばれ 、正

確な ゲ ノ ム編集 に は オ フ タ ー ゲ ッ ト の無い 配 列 を標的 に す る必要 が あ り ま す 。 全 ゲ ノ

ム の 配 列 が決定 さ れ て い る 生 物 で あ れば、 オ フ タ ー ゲ ッ ト の無い 配 列 を選択す る こ と

が 可 能 で す 。 ま た CRISPR/Cas9 で は 、標的 配 列 の設定 部 位 は 、 Pam配 列 （ NGG ） に

よ り制限さ れ ま す 。 CRISPRdirect を 使うと 、 Pam 配 列 の上流に 特異性 の高い標的 配

列 が設計 す る こ と が できま す 。 授 業 で は 、 CRISPR/Cas9 法 の 原 理 を簡単に 説 明 し たう

えで 、 CRISPRdirect の 使 い 方 を 実 習 し ま す 。

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1 月 7 日 （ 第 13 回 ）

実 習

— ゲ ノ ム 塩 基 配 列 を デ ー タ ベ ー ス か ら 取 り 出す —

Ensembl Genome Brower

Ensembl Genome Brower （ ゲ ノ ム デ ー タ の 統括サ イ ト ） は 、 Sanger研 究所・ EBI が管理 す る

ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス で す 。最大の 特徴は 、必要 な 遺 伝 子 、 あ る い は染色体領域の ゲ ノ ム 塩 基

配 列 の デ ー タ を 取 り 出 す こ と が できる こ と に あ り ま す 。 cDNA を 特異的 に 増幅す る PCR プ ラ

イ マ ー の設計 、 CRIPR-Cas9 を 使 っ た ゲ ノ ム編集 、 ノ ッ ク ア ウ ト マ ウ ス の相同組換えに 用 い る

配 列 、 GFP を 使 っ た レ ポ ー タ ー 遺 伝 子 作 製 用 の プ ロ モ ー タ ー 配 列 が 必 要 な 場 合 などで 、

Ensembl を 使 っ て ゲ ノ ム 配 列 を 取 り 出 す こ と に な り ま す 。 実 習 で は 、 Ensembl の 説 明 と 実 際

の 配 列 の 取 り 出 し 方 を教えま す 。

ま た 、 ゲ ノ ム 配 列 、 全 遺 伝 子 の コ ー ド 配 列 、 、 全 遺 伝 子 の cDNA 塩 基 配 列 、 全蛋白質 の ア ミ

ノ 酸 配 列もダウ ン ロ ー ド す る こ と が 可 能 で 、それ ら を 使 っ て自前 で バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ

ク ス 解 析 を行うこ と が できま す 。

「 使 用 法 － １ 」

Ensemblを 使 っ て 、試し にゼブ ラ フ ィ ッ シュの sonic 　 hedgehog a （ shha） の ゲ ノ ム 配 列 を 取

り 出 し て み ま す 。

１．下記の ウ ェ ブ サ イ ト を開け る

http://www.ensembl.org/index.html (ensembl で キ ー ワ ー ド 検 索 )２．生 物 種 を指定 す る

zebraish を選択

３．検 索項目か ら gene を選び、 遺 伝 子名 (shh) をボッ ク ス に入れ て 検 索

４．リ ス ト ア ッ プ さ れ てきた 複数の 遺 伝 子 か ら 、 shha（ ENSDARG00000068567 ） を ク リ ッ ク す

る

染色体上の 地 図 が表示 さ れ る

５．左側のツー ルボッ ク ス の中か ら Sequence を選択し て ク リ ッ ク

６．配 列 が表示 さ れ る （ エ ク ソ ン は赤字 で肌色 の背景、 エ ク ソ ン間の 黒 字 の 部 分 は イ ン ト ロ ン 、

第 一 エ ク ソ ン よ り上流は プ ロ モ ー タ ー領域の 一 部 で あ る ）

７．戻っ て 、 Location か らもゲ ノ ム 構 造 を 検 索 す る こ と が できる

８．左側に あ る Export data で 、範囲を選択し て 配 列 を 取 り 出 す こ と が できる （範囲を指定 し て 、

よ り長い プ ロ モ ー タ ー 配 列 を 取 り で す こ と が できる ）

「 使 用 法 － ２ 」

ゲ ノ ム 配 列 、 全 遺 伝 子 の コ ー ド 配 列 、 全蛋白質 の ア ミ ノ 酸 配 列 をダウ ン ロ ー ド す る

Gene annotation --- Download genes, cDNAs, ncRNA, proteins (FASTA) か らダウ ン ロ ー ド 可 能

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転 写 調 節 領 域 の コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 の 予 測 -

講 義遺 伝 子 の 発現調節機 構

　それぞれ の 遺 伝 子 の 発現は 、 特 定 の 細 胞 ま た時期に必要 量だけ 発現す る ように 調節さ れ て い

ま す 。例えば、 ペ プ シ ノ ー ゲ ン の 発現は胃に限定 さ れ ており 、筋肉や脳で は決し て 発現し な い

ように制御さ れ て い ま す 。 発 生 に 関 係 す る 遺 伝 子 の な か に は 、魚類の孵化酵素の ように 一 生 の

うち孵化時に 一度だけ 発現す る 遺 伝 子もあ り ま す 。 こ の ような 発現調節に 関 す る 情 報 は 、 ゲ ノ

ム の コ ー ド領域で は なく、その近辺に存在す る 転 写 調節領域（ エ ンハン サ ー領域） に コ ー ド さ

れ て い ま す （ 5’上流に あ る場合 が 多 い が 、 3’下流に あ るものやイ ン ト ロ ン に あ る 遺 伝 子も存在

す る ） 。 具体的 に は 、 転 写 因 子 が 結 合 す る コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 がその 情 報 と言うこ と に な り

ま す 。それぞれ の 転 写 因 子 は 、 ゲ ノ ム の決ま っ た 配 列 を認識し て 結 合 し ま す 。その 配 列 が コ ン

セ ン サ ス 結 合 配 列 で す 。 コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 は 、 6-20 塩 基ほどの短い 配 列 で す 。 転 写 調節領

域に は 、 複数個の コ ン セ ン サ ス 配 列 が存在し 、 複数の 転 写 因 子 が 結 合 ・ 解離す る こ と に よ り 、

遺 伝 子 の 転 写 を精密に 調節し て い ま す 。 講 義 で は 転 写 調節の メカニズ ム に つ い て 解 説 し 、 実 習

で 転 写 調節領域の コ ン セ ン サ ス 配 列 を 検 索 し ま す 。

実 習ゼブ ラ フ ィ ッ シュの sonic hedghog遺 伝 子 の 5’上流域の 転 写 調節領域の 配 列 （ 2000 bp ） を ゲ ノ

ム デ ベ ー ス か ら 取 り 出 し 、 コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 を 予 測 し て み ま す 。

コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 の 検 索 に は幾つ か の プ ロ グ ラ ム が あ り ま す が 、 実 習 で は LASAGNA-Search 2.0を 用 い ま す 。

http://biogrid-lasagna.engr.uconn.edu/lasagna_search/

問題 ：ゼブ ラ フ ィ ッ シュの sonic hedghog （ shh ） 遺 伝 子 の 転 写 調節領域の 配 列 を ゲ ノ ム デ ー

タ ベ ー ス か ら 取 り 出 し 、 コ ン セ ン サ ス 結 合 配 列 を 予 測 す る 。

（ １ ）最初にゼブ ラ フ ィ ッ シュの sonic hedghog遺 伝 子 の 5’上流域の 転 写 調節領域の 配 列 を ゲ

ノ ム デ ベ ー ス か ら 取 り 出 し ま す 。

1 ） Emsembl (http://www.ensembl.org/index.html) を開け ま す

２ ） 対象性 物 か ら zebrafish を選択

３） 検 索項目か ら gene を選び、 shh で 検 索

４） 検 索 結 果 の ペ ー ジ に あ る shh の ア ク セ ッ シ ョ ン を ク リ ッ ク

５） 左側ボタ ン の Sequence を ク リ ッ ク す る と 、 ゲ ノ ム 配 列 が表示 さ れ る

6 ） Download sequence を ク リ ッ ク し 、 5’-franking sequence を 2000 に 指 定 し 、

Preview を ク リ ッ ク

７） 全 配 列 （ 転 写 調節領域） を ワ ー ド に コピー し 、上流 2000 bp をそこ か ら コピー す る

（ ２ ） 次 に 、 LASAGNA-Search 2.0 を開け る

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（ http://biogrid-lasagna.engr.uconn.edu/lasagna_search/ l ）８） プ ロ モ ー タ ー 配 列 に コ ン セ ン ス 配 列 が存在す る か を 調 べ た い 転 写 因 子 を選択す る 。

Matrix-Derived Models か ら 、 Use TRANSFAC matrices を選択す る と 、 転 写 因 子 の リ ス ト が

表示 さ れ る の で 、 調 べ た い 転 写 因 子 を選択（ 転 写 因 子 にカー ソ ル を持っ て行くと 、 転 写

因 子 の コ ン セ ン サ ス 配 列 を 見 る こ と が 可 能 ） 。今回 は All を選択

9 ） Promoter sequences in FASTA を染タ ッ ク紙、枠に 塩 基 配 列 を コピー 、 検 索

注意： コ ン セ ン サ ス 配 列 は 、ほとんどの場合 6-10b 程の短い 配 列 で あ り 、 加えて あ る程度の 配

列 の バ リ エ ー シ ョ ン を許容 し ま す 。その ため予想さ れ た 配 列 に は 、 実 際 に は 転 写 因 子 と相互作

用 し な い 配 列 が高い確率で含ま れ ま す 。 検 索 結 果 は 、目安程度に考えて下さ い 。 実 際 の コ ン セ

ン サ ス 配 列 を同定 す る ために は 、 分 子 生 物学の技術 （ ゲ ル シ フ ト ア ッ セ イ 、 ル シ フ ェ ラ ーゼを

レ ポ ー タ ー に し た プ ロ モ ー タ ー 解 析 等 ） を 使 っ て 実験的 に 検証す る必要 が あ り ま す 。

バ イ オ デ ー タ ベ ー ス の 利 用

　遺 伝 子 の 機 能 を知り た い場合 に は 、 ポ ス ト ゲ ノ ム の モ デ ル 生 物 （ マ ウ ス 、ゼブ ラ フ ィ ッ シュ、

シ ロ イ ズ ナ ズ ナ 等 ） の 検 索 サ イ ト が 重宝し ま す 。 こ れ ら は 、 バ イ オ デ ー タ ベ ー ス と呼ばれ ま す 。

モ デ ル 生 物 の な か でも、 特 に マ ウ ス とゼブ ラ フ ィ ッ シュの デ ー タ ベ ー ス が充実 し ており 、 遺 伝

子 の 機 能だけ で なく発現パ タ ー ン （ 遺 伝 子 が何時、どの組織で 、どれだけ の 量 が 発現す る か ） 、

遺 伝 子 ノ ッ ク ア ウ トやノ ッ クダウ ン の表現型もデ ー タ ベ ー ス 化 さ れ ており 、 遺 伝 子名の キ ー

ワ ー ド 検 索 で デ ー タ を入手す る こ と が 可 能 で す 。

　 ヒ ト の 遺 伝 子 機 能 と 遺 伝 子 疾 患 の デ ー タ ベ ー ス と し て NCBIに OMIM （ Online Menderian Inheritance in Man ） が公開さ れ て い ま す 。 遺 伝 子名で キ ー ワ ー ド 検 索 す る と 、 遺 伝 子 の 機 能 、

遺 伝 子疾患が存在す る場合 に は 、 配 列 変異と疾患の表現型を知る こ と が 可 能 で す 。

　マ ウ ス の デ ー タ ベ ー ス （ MGI: mouse genome informatics ） の 特徴と し て 、 遺 伝 子ごと に ノ ッ

ク ア ウ ト マ ウ ス の表現型が デ ー タ ベ ー ス 化 さ れ ており 、表現型か ら 遺 伝 子 の 機 能 を 調 べ る こ と

が できま す 。 マ ウ ス の デ ー タ ベ ー ス で は 、 遺 伝 子 の正確な マ ッ プ ポ ジ シ ョ ン （ 連 鎖 地 図 、 ゲ ノ

ム 配 列上） 等も示 さ れ て い ま す 。

　ゼブ ラ フ ィ ッ シュの デ ー タ ベ ー ス （ ZFIN： zebrafish Organism Data Base ） に は 、 in situ ハイ

ブ リダイゼー シ ョ ン に よ る 発現解 析 の デ ー タ が 写真で掲載さ れ ており 、 遺 伝 子 発現に 関 す る組

織レ ベ ル の 情 報 を得る こ と が できる 特徴が あ り ま す 。脊椎動物中で あ ればオ ル ソ ロ グ 遺 伝 子

（異な る 生 物 の同一 遺 伝 子 ） の 発現パ タ ー ン は類似し て い る こ と が 多 い の で 、 マ ウ ス 、 ウ シや

ニワ ト リ を 研 究対象に す る場合 でも参考と な り ま す 。

論 文や単行書を 読んで 機 能 が 分 か ら な い 遺 伝 子 （ タ ン パ ク 質 ） が で てきた時に は 、それ ら の

遺 伝 子 の 機 能 を 調 べ る 必 要 が あ り ま す 。 こ の よ う な と き に は NCBI の OMIM (Online Mendelian Inheritance in Man) と マ ウ ス ・ゼブ ラ フ ィ ッ シュの ウ ェ ブ サ イ ト を 使うと 情 報 を

得る こ と が できま す 。 授 業 で は 、 こ れ ら の サ イ ト の 使 い 方 と 特徴に つ い て 説 明 し ま す 。

OMIM の 使 い 方

49

ヒ ト で 分 か っ て い る 遺 伝 子 の 機 能 を詳細 に記述し て い る 。 関 連 文献もリ ス と さ れ て い る 。

る

1. NCBIを開け 、左上の All List (A-Z)か ら Online Menderian Inheritance in Man (OMIM) を選択

す る 。

２ . 枠内 に 遺 伝 子名を入力し て 検 索

練習 に growth hormone （ 成長ホ ル モ ン ） を 検 索 し て み よう

growth hormone 遺 伝 子および関 連 遺 伝 子 の 配 列 変異に よ っ て起こ る症候群の リ ス ト が表

記さ れ る 。 遺 伝 子 の 機 能 、 変異に伴う疾患、 タ ン パ ク 質 の 構 造 、 関 連 論 文 を 調 べ る こ と

が できる 。

MGI, ZFIN の 使 い 方

ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 の モ デ ル 生 物 の ウ ェ ブ サ イ ト を 利 用 し て み よう。 こ れ ま で の 研 究 に よ っ て 明

ら か に さ れ て い る 遺 伝 子 の 機 能 が 検 索 できる 。

マ ウ ス （ MGI ）

mouse genome informatics ：　 http://www.informatics.jax.org/ １ . 先頭ペ ー ジ の QuickSearch の枠内 に 遺 伝 子名を入力す る

２ . 入力し た 遺 伝 子 の 情 報 、 遺 伝 子改変 マ ウ ス が リ ス ト さ れ る

試し に Pax6 （眼の 発 生 の上流に あ る 転 写 因 子 ） を入力し て み よう

Pax6と言うワ ー ド を含む遺 伝 子 リ ス ト が表示 さ れ る 。 Pax6 を選択す る

得ら れ る 情 報

Symbol/Name/ID ： 遺 伝 子 の正式名称、略記

Synonyms ：同義語（別名）

Genetic map ： 遺 伝 子 の 連 鎖 地 図上の 位置

Sequence Map ： 遺 伝 子 の 物 理 地 図上の 位置

Mammalian Homology ：哺乳類の相同・類似遺 伝 子

Sequences ： ゲ ノ ム 塩 基 配 列 ・ cDNA 塩 基 配 列 ・ ア ミ ノ 酸 配 列 情 報

Phenotypes; ノ ッ ク ア ウ ト マ ウ ス の表現型。 遺 伝 子 の 生 物 機 能 が 分 か る

Polymorphism: 系 統間で 見 ら れ る 配 列 多型。 SNPs （ １ 塩 基 多型） 等

Gene Ontology (GO) ： 遺 伝 子 の 機 能 、 構 造

Expression ： 発現す る組織の リ ス ト

Protein Domains ： 転 写産物 が持つ ド メ イ ン 構 造 の リ ス ト

References ： 関 連 文献

ゼブ ラ フ ィ ッ シュ（ ZFIN）

The Zebrafish Model Organism Database ： http://zfin.org/ 1 ． Genes/Makers/Clones を開け る

2 ． Name/Symbol に 遺 伝 子名を入力し て 検 索

試し に pax6 と入力し て 検 索 し て み よう。

魚類で単独に起こ っ た ゲ ノ ム 重 複 の ため pax6a と pax6b が あ る

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Symbol-name で は 遺 伝 子 の 各 種 情 報 が表記さ れ る

Expression で は 、 遺 伝 子 発現の デ ー タ が表記さ れ る

Phenotypeで は 、 ノ ッ クダウ ン と ノ ッ ク ア ウ ト の表現型が表記さ れ る

Locationで は 、染色体上の 位置が表記さ れ る

51

1 月 14 日 （ 第 14 回 ）

講 義

次 世 代 シ ー ケ ン ス で 読 み 取 ら れ た リ ー ド の 情 報 処 理

ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 （ RNA配 列 の 解 析 ）

ゲ ノ ム シ ー ケ ン ス

HiSeq2000 だと 一 つ の リ ー ド長は 100bp 、 HiSeq2500 だと 125bp で 、依頼解 析 に 出 す と 、 1サ ン プ ル あ た りギガ オ ーダー の リ ー ド が USB に コピー さ れ て送ら れ てきま す 。 日本で は 、 次 世

代 シ ー ケ ン ス 解 析 を広く普及す る ために 、 遺 伝学研 究所に よ り 、 次 世 代 シ ー ケ ン ス の リ ー ド を

情 報 処 理 す る プ ロ グ ラ ム (Pipeline) が 、 ウ ェ ブ上で無料で 利 用 できる ように 整備さ れ て い ま す 。

有料の プ ロ グ ラ ム の場合 、半年契約で 50 万円あ ま り と高額で す 。 解 析 は 、大型コ ンピュー

タ ー が必要 な の で 、 ク ラ ウ ド シ ス テ ム で 、 配 列 を Pipeline で送り 、 遺 伝 研 の コ ンピュー タ ー で

情 報 処 理 さ れ 、数日後に 解 析 デ ー タ が送ら れ てくる シ ス テ ム に な っ て い ま す 。

シ ー ケ ン ス の サ ン プ ル は 、 ゲ ノ ム DNA の場合 と組織・ 細 胞 に 発現す る mRNA(cDNA) に大別さ

れ ま す 。 ま た 、 解 析 の対象生 物 は 、参照ゲ ノ ム の あ る 生 物 、新規に シ ー ク エ ン ス す る 生 物 に 分

か れ ま す 。参照ゲ ノ ム の あ る 生 物 で は 、 ゲ ノ ム 配 列 の デ ー タ ベ ー ス とｃDNA の デ ー タ ベ ー ス が

準備さ れ て い る の で 、 ゲ ノ ム DNA 、 RNA の リ ー ド ともに参照配 列 に直接マ ッ プ す る こ と が でき

ま す 。 ゲ ノ ム DNA で あ れば、 サ ン プ ル間で 、 SNP や配 列 の挿入・欠損を 見 いだす こ と が 可 能 で

す ( ゲ ノ ム リ シ ー ケ ン ス ) 。 RNA で あ れば、 各ｃDNA に マ ッ プ さ れ る リ ー ド数をカウ ン ト と し

て 、 サ ン プ ル間で比較す る こ と に よ り 、組織に 発現す る 全 遺 伝 子 を同定 す る と ともに 、 サ ン プ

ル間で現量 を比較す る こ と が 可 能 で す ( ト ラ ン ス ク リ プ ト ー ム 解 析 ) 。

参照ゲ ノ ム の な い 生 物 の場合 、 リ ー ド を 一度、 ア セ ン ブ ル す る必要 が あ り ま す 。 こ れも遺 伝

研 の Pipeline で 実行できま す 。 ゲ ノ ム の場合 、現在だと HiSeq2500 の リ ー ド を繋いだ

Contig に 、 PacBio の 次 世 代 シ ー ケ ン ス 解 析 の リ ー ド ( 約 10kb) を併用 す る こ と で か な り長い

Scaffold に ま で つ なぎ合わす こ と が 可 能 で す (de novo ゲ ノ ム シ ー ケ ン ス ) 。 RNA の場合 、 リ ー

ド を ア セ ン ブ ル し て得ら れ る Contig が コ ー ド す る 遺 伝 子 を BLASTX に よ り同定 し ま す が 、 こ の

操作も Pipeline の Maser が 解 析 し てくれ ま す 。 さ ら に KEGG の 代 謝 パ ス ウ ェ ー へ の GO(gene ontology)ア ノ テ ー シ ョ ンも同時に 実行し てくれ ま す 。

次 世 代 シ ー ケ ン ス を 使 っ た ゲ ノ ム シ ー ク エ ン ス に よ り 、 こ れ ま で の 連 鎖 解 析 で は同定困難で

あ っ た疾患や形質 の 原 因 遺 伝 子 を 見 つ け 出 す こ と が 可 能 と な っ て い ま す 。最近の 報告例を 使 っ

て 、紹介し ま す 。

Whole genome association study (WGAS)コ ン ト ロ ー ル群と 実験群（表現形質 ：例えば左利き） で 、 全 ゲ ノ ム にわた っ て SNP の

出現頻度を比較す る 。表現型の責任遺 伝 子近傍の SNP で は表現型集団で 一致度が高くな

る の で 、それ を 検 出 す る こ と で責任遺 伝 子 の ゲ ノ ム上の 位置を 特 定 す る 。

Exome 解 析

　メ ン デ ル 遺 伝 す る 1 遺 伝 子 に よ る レ ア な 遺 伝 子疾患の場合 、 コ ー ド領域の 変異に よ り

52

ア ミ ノ 酸 の置換 が起こ っ て い る こ と が 多 い 。 こ の技術 で は 、 ゲ ノ ム の エ ク ソ ン の み 配 列

を 解 読 す る こ と で 、患者に 特異的 な 塩 基置換 、 InDeｌを 検 出 す る こ と で 、 遺 伝 子疾患の

責任遺 伝 子 を 特 定 す る 。 総 エ ク ソ ン の 塩 基 配 列 は 、 ゲ ノ ム の 1 ％程度な の で 、 解 析 量 が

少なくて すむ。場合 に よ っ て は 、 5 名程度の患者を 解 析 す るだけ で 、 原 遺 伝 子 が 特 定 さ

れ る例もあ る 。

Rad-Seq　ゲ ノ ム を 特 定 の制限酵素で消化 し 、消化断片の末端を 次 世 代 シ ー ケ ン ス で 解 析 し 、

SNAP を 検 出 す る 。通常の NGS ゲ ノ ム 解 読 で は ラ ンダム に断片化 す る の で 、 集団間で

リ ー ド を直接比較す る こ と は不可 能 で あ る の に対し 、 Rad-Seq の場合 に は 、制限酵素の

切り口がそろっ て い る の で 、 ゲ ノ ム 全体にわた っ て リ ー ド を高速か つ間便に 系 統間で す

る こ と が 可 能 で あ る 。農林水産で の品種 の 解 析 に有効だと思われ る 。

講 義ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究

様々な 生 物 の ゲ ノ ム 配 列 が 解 読 さ れ る ように な り 、 ゲ ノ ム 配 列 を 使 っ た新し い 研 究 が ス タ ー

ト し て い ま す 。 ゲ ノ ム 配 列 が 利 用 できる と言う前 提 のもと に始ま る 研 究 が ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 で

す 。その 内 容 は 、 遺 伝 子 の 機 能 解 析 、 生 物 進 化 、 遺 伝 子疾患の 原 因 遺 伝 子 の探索 など多岐にわ

た り ま す 。 こ の 授 業 で は 、時間の 関 係 か ら 「 生 物 進 化 と ゲ ノ ム 」 の トピッ ク ス に つ い てだけ紹

介し ま す 。

ポ ス ト ゲ ノ ム 研 究 － １

比較ゲ ノ ム学： 進 化 に伴うゲ ノ ム 構 造 の 変 化

　進 化 的 に隔た っ た 多様な 生 物 で ゲ ノ ム 解 読 が行われ た こ と に よ り 、 種 内 の パ ラ ロ グ の 検

索 、 ま た異な る 生 物間で オ ル ソ ロ グ を比較す る こ と 、 遺 伝 子 ファミ リ ー の メ ン バ ー を比較

す る こ と が 可 能 に な り ま し た 。 ま た染色体上の 遺 伝 子 の 配 列 を 系 統 的 に離れ た 生 物間で比

較す る こ と に よ り 、それ ら の共通祖先生 物 の染色体構 造 を推定 す る こ と が 可 能 と な っ て い

ま す 。比較ゲ ノ ム は 、 こ の ように 生 物間で ゲ ノ ム を比較し て 、 進 化 を 論じる 研 究 分野で す 。

授 業 で は 、哺乳類と魚類の比較ゲ ノ ム を紹介し ま す 。

　フ グ と ヒ ト は 、 進 化 的観点 か ら 見 る と脊椎動物 系 統 樹 の両端に 位置し ま す 。脊椎動物 は 、

大部 分 の魚類を含む条鰭類、それ と シ ー ラカン ス ・肺魚および四肢動物 を含む総鰭類の ２

つ の グ ル ー プ に大別さ れ ま す 。条鰭類と 総鰭類は４億５千年前 に 分岐し ま し た 。 フ グ と ヒ

ト の ゲ ノ ム 構 造 を比較す る こ と に よ り 、４億 5 千年前 に 生きて い た 総鰭類と条鰭類の共通

祖先（もちろん現存し な い ） の ゲ ノ ム 構 造 が 明 ら か と な り 、その後の ゲ ノ ム 構 造 の 変 化 が

解 明 さ れ ま し た 。 解 析 の 結 果 、脊椎動物 の ゲ ノ ム の 進 化 に つ い て 、 次 の ような 予想もさ れ

て い な か っ た 結 果 が得ら れ ま し た 。

（ １ ） ４億 5 千年前 に 生きて い た 総鰭類と条鰭類の共通祖先は １ ２組の染色体を

持っ て い た 。

（ ２ ） 総鰭類で は条鰭類と 分 か れ た直後に 、 ゲ ノ ム に大量 の レ ト ロ ウ ィ ル ス が挿

入さ れ 、 ゲ ノ ム サ イ ズ が大きくな っ た 。その後染色体間の 転移と融合 （ ミ キ シ ン

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グ ） が頻繁に起こ っ た 。

（３） 条鰭類で は 総鰭類と 分 か れ た直後に 、 ゲ ノ ム の倍化 （脊椎動物 の誕生 か ら

数える と３度目） が起こ っ た 。 重 複 し た 遺 伝 子 の大部 分 は片方 が ゲ ノ ム か ら脱落し

た が 、約 20 ％の 遺 伝 子 は倍加 し た ま ま現在でも機 能 遺 伝 子 と し て働い て い る 。そ

の ため、 ゲ ノ ム上の 遺 伝 子数は条鰭類の 方 が 総鰭類よ りも 20 ％程多 い 。 こ の よう

な 遺 伝 子数の 増 加 が 、魚類に形態や環境適応の 多様性 をもた ら し た の で は な い か と

考えら れ て い る 。 ま た条鰭類で は染色体へ の レ ト ロ ウ ィ ル ス の挿入はわずか で あ り 、

染色体の ミ キ シ ン グもわずか で あ る 。

　ま た 、無脊椎動物 でも進 化 的 に 重 要 な 位置に あ る ホヤやナ メ ク ジ ウ オ の ゲ ノ ム 解 読 が行

われ 、哺乳類でも多数の 生 物 の ゲ ノ ム が 解 読 さ れ て い ま す 。 生 物間で ゲ ノ ム を比較す る こ

と に よ り 、臭覚受容 遺 伝 子 が無脊椎動物 か ら脊椎動物 の 進 化 の過程で 遺 伝 子数を 増 加 し て

きた こ と が 、 明 ら か に な っ て い ま す 。 ま た胎盤の 進 化 で は 、 レ ト ロ ト ラ ン ス ポゾン由来の

遺 伝 子 が 重 要 な役割を 果 た し て い る と いう、意外な事実も示唆さ れ て い ま す 。 ま た ヒ ト と

チ ン パ ン ジ ー で は 、 塩 基 の置換率は た っ た 1.23％で す が 、反復 配 列 の挿入が ヒ ト の 方 が か

な り 多 い こ と が 分 か り ま し た 。 こ の ように挿入配 列 は 、以前考えら れ て い た ような たんな

る ガ ラ ク タ で は な い こ と が 分 か っ てきま し た 。

シ ン テ ニ ー

　異な る脊椎動物 （例えば、 ヒ ト - マ ウ ス 、 ヒ ト - フ グ ） を過去に遡る と 、共通祖先が存在し

ま す 。共通祖先か ら 分岐し た あ と 、それぞれ の 系 で 転座と融合 が起こ っ て い る が 、小さ な ブ

ロ ッ ク単位 で 見 る と 遺 伝 子 の並びが 一致す る領域が あ り ま す 。染色体上で 遺 伝 子 の並びが 一致

し て い る状態は 、 シ ン テニー と呼ばれ ま す 。 全 ゲ ノ ム が 解 読 さ れ る と ゲ ノ ム 全体を 生 物間で比

較す る こ と が 可 能 と な り 、 シ ン テニー の様子 が 明 ら か と な り ま す 。

　ヒ ト と マ ウ ス を比べ る と 、哺乳類同士の ため、 明瞭に シ ン テニー の保存状態が 見 て 取 れ ま す 。

　一 方 、魚類で は四肢動物 と 分 か れ て か ら直後に 全 ゲ ノ ム の 重 複 が起こ っ て い る ため、魚類の

染色体は ヒ トやマ ウ ス の染色体に対し て ２ 重 の シ ン テニー を 示 す 特徴が あ り ま す 。

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1 月 21 日 （ 第 15 回 ）

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講 義

推薦図書

ゲ ノ ム 関 連

「 ゲ ノ ム 第４版」 T.A. Brown 著．石川冬木／中山潤一監訳・ メ デ ィカル ・ サ イ エ ン ス ・ イ

ン タ ー ナ シ ョ ナ ル社（ 8,800 円）

「 ゲ ノ ム 研 究 実験ハン ド ブ ッ ク 」辻本豪三、田中利男・羊土社（ 6,500 円）

「比較ゲ ノ ム か ら 読 み 解く生命シ ス テ ム 」藤山秋佐夫監修・秀潤社（ 4,000 円）

バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 関 連

「 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 基礎講 義 - 一歩進んだ発想を み がくために 」岡崎康司 / 坊農秀雅 監訳・ メ デ ィカル ・ サ イ エ ン ス ・ イ ン タ ー ナ シ ョ ナ ル社（ 3,900 円）

「 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス がわか る 」菅原秀明 ・羊土社（ 4,200 円）

「 ゲ ノ ム 情 報 は こう活かせ」岡崎康司 / 坊農秀雅・羊土社（ 4,410 円）

「即活用 の ための バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス入門 」広川貴次 / 美宅成 樹著・中山書店

（ 3,500 円）

「 バ イ オ デ ー タ ベ ー ス と ウ ェ ブツー ル の手と り足と り活用 法 」中村保一 ら編集 ・羊土社

（ 3,800 円）

「 できる バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 」広川貴次 / 美宅成 樹著・中山書店（ 3,500 円）

「 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス 」 メ デ ィカル ・ サ イ エ ン ス ・ イ ン タ ー ナ シ ョ ナ ル 社

（ 9,500 円）

「 バ イ オ リ ソ ー ス＆デ ー タ ベ ー ス活用 術 」秀潤社（ 4,600 円）

「 バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ク ス事典」 日本バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ク ス学会編集 ・共立 出版

（ 14,000円）

次 世 代 シ ー ケ ン シ ン グ に 関 連 し た バ イ オ イ ン フ ォ マ テ ィ ッ ク ス

「 Dr. Bonoの 生命科学デ ー タ 解 析 」坊農秀雅・ （ 4,410 円） メ デ ィカル ・ サ イ エ ン ス ・ イ

ン タ ー ナ シ ョ ナ ル社（ 3,000 円）

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ウ ェ ブ サ イ ト

研 究室 home page 　　　　　　 http://www.agri.tohoku.ac.jp/bioinfor/index-j.html =========================================================================

文献検 索 、 塩 基 配 列 、 ホ モ ロ ジ ー 検 索 、 ORF finder 、 Map viewer 等

NCBI http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ (National Center for Biotechnology Information)

塩 基 配 列 、 ホ モ ロ ジ ー 検 索 、 分 子 系 統 樹 作 成 、 シ ー ク エ ン ス登録等

DDBJ http://www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome-j.html (DNA Data Bank of Japan)

塩 基 配 列 、 ホ モ ロ ジ ー 検 索 、 タ ン パ ク 質 の 構 造 （ ド メ イ ン ・ モ チ ー フ 検 索 等 ） 解 析

EBI http://www.ebi.ac.uk/Information/ (European Bioinformatics Institute)

ゲ ノ ム 配 列 の デ ー タ ベ ー ス

Ensembl 　　　　　　　　　　 http://www.ensembl.org/index.html=======================================================================

分 子 系 統 樹 作 成

ClustalW http://clustalw.genome.jp/ =======================================================================

タ ン パ ク 質 ・ 遺 伝 子 の 機 能 検 索

オ ン ト ロ ジ ー

http://www.geneontology.org/ http://www.pir.uniprot.org/ ド メ イ ン ・ モ チ ー フ 検 索 http://www.ebi.ac.uk/Information/ シ グ ナ ル ペ プ チ ド の 予 測

http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/ 3D 立体構 造 の 予 測 、 DNA の翻訳 http://ca.expasy.org/ノ ッ ク ア ウ ト マ ウ ス の表現型 http://www.informatics.jax.org/ =======================================================================

転 写 調節領域の モ チ ー フ 検 索

転 写 因 子 の 結 合 部 位 予 測　　　　　　　　 http://www.cbrc.jp/research/db/TFSEARCHJ.html ======================================================================

代 謝 経 路

KEGG http://www.genome.jp/kegg/pathway.html 57

=======================================================================

ゲ ノ ム 研 究 の モ デ ル 生 物

マ ウ ス

http://www.informatics.jax.org/ツメ ガ エ ル http://genome.jgi-psf.org/cgi-bin/runAlignment?db=frog4x1ミ ド リ フ グ フ グ ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス

http://www.genoscope.cns.fr/externe/tetranew/ト ラ フ グ フ グ ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス

http://fugu.biology.qmul.ac.uk/ト ラ フ グ フ グ ゲ ノ ム デ ー タ ベ ー ス

http://genome.jgi-psf.org/cgi-bin/runAlignment?db=fugu6&advanced=1ゼブ ラ フ ィ ッ シュ http://zfin.org/

http://www.ensembl.org/Danio_rerio/index.htmlメダカ http://shigen.lab.nig.ac.jp/medaka/

http://medakagb.lab.nig.ac.jp/Oryzias_latipes/index.htmlシ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/Genome/Insects.html http://genome.med.yale.edu/lab/index.htm線 虫

http://omicspace.riken.jp/Ce/rnai/jsp/index.jsp 酵 母

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=4932 http://www.fhcrc.org/science/labs/kruglyak/Data/

=======================================================================

cDNA, EST 情 報

マ ウ ス cDNA http://fantom3.gsc.riken.jp/index.htmlア フ リカツメ ガ エ ル EST http://xenopus.nibb.ac.jp/ メダカ EST http://medaka.lab.nig.ac.jp/est_index.htmlカタユウ レ イボヤ EST http://ghost.zool.kyoto-u.ac.jp/indexr1.html

=========================================================================

microarray に 関 す る 情 報

ヒ ト繊維芽細 胞 http://genome-www.stanford.edu/serum/data.htmlシ ョ ウ ジ ョ ウ バ エ http://genome.med.yale.edu/Lifecycle/

=========================================================================

その他

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http://genes.mit.edu/GENSCAN.html http://www.tigr.org/software/microarray.shtml http://motif.genome.jp/ http://www.rcsb.org/pdb/

=============================================================

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