自然界の現象はランダムに起こるのではなくノンランダムであり、ノンランダム性が意味をもつ。ノンランダム性は広義に考えれば非対称性である。本プロジェクトでは、三つの非対称性をプロジェクトのメインコンセプトに据えた。すなわち、染色体DNAの持つ非対称性・中心体の非対称性・DNA配列や蛋白質アミノ酸配列のもつノンランダム性である。当プロジェクトの目的は、「非対称分裂の遺伝子レベルからの研究」に加え、これら三つの非対称性の生命における役割と遺伝子について探ることである。三つの非対称性は生物の物質的情報的な基本原理を非常に大きな観点から捉えるため、簡単に「突然変異体から出発してその変異に関与する遺伝子の研究」をする、というスタイルをとれない。まずは、正常な現象、物質、情報を捉えるところから出発しなければならない。
本プロジェクトでは、「生命における非対称性の役割」という大きなテーマだけではなく、コンピュータによる解析グループと実験グループとの混在という従来にはない新しいスタイルの生物学を進めている。ゲノム情報を駆使したバイオインフォマティクスによる「ポスト・ゲノム」時代の生物学だけではない。私の２０数年来の「予言する理論生物学」の経験がコンピュータによる解析と生物実験に上乗せされ、これまでに類例のない研究スタイルが展開されており、これまでにない研究結果が得られるものと期待される。
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Pfu DNAポリメラーゼの分子改良 |
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細胞内には複数のDNA合成酵素があり、連続鎖、不連続鎖の合成にはそれぞれ別の酵素が担当していると考えられ、合成時のDNA伸長能力に違いがあると考えられる。例えば不連続鎖を合成する酵素はすぐに読み止まり、長く伸長させることができない、という具合である。我々はDNA配列や蛋白質アミノ酸配列のもつノンランダム性を利用して、モデルケースとして古細菌P. furiosusのDNA合成酵素Pfuを選び、古細菌M. jannaschiiのゲノム情報などをもとにPfuを改変し、DNA合成時の読み止まりの少ないDNA合成酵素を得た。またDNA伸長に責任のあるアミノ酸残基を同定した。 |
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マウス初期胚の全発生段階のcDNAライブラリの作成とESTデータの解析 |
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２本鎖DNAや中心粒の新旧の非対称性は、個体発生における一回一回の細胞分裂が重要であることを意味する。細胞分裂のたびに異なる遺伝子が発現するのを研究するには、マウスの発生初期胚が最適である。我々はまずマウス初期胚の全発生段階についてcDNAライブラリを作成し、発現されている遺伝子の配列情報ESTを解析し、現在までに約25,000ESTsを遺伝子データバンクDDBJに登録した。そのうち、少なくとも２〜３割が新規の遺伝子であると考えられ、コンピュータを使った配列解析を進めている。また遺伝子地図も同時に作成し、上記発生段階に発現している約800個の新規遺伝子のマップを終了した。解析中のESTsデータは、細胞分裂毎に（すなわち染色体DNA、中心粒の細胞分裂による分配のたびに）遺伝子の発現パターンがどのように変化するかを探る上で、世界的にも大規模で初めての試みであると考えている。 |
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出芽酵母の老化に伴う全ゲノムレベルでの遺伝子発現パターンの解析 |
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出芽酵母菌の非対称細胞分裂は分裂能力の非対称な分配を生じる。母細胞の方は何回かの分裂のあと、分裂限界に達し分裂できなくなる。出芽分裂によって新しくできた娘細胞は成熟後、母細胞として出発し、分裂限界まで娘細胞を生産する。我々は、分裂限界近くにある母細胞と若い母細胞との間で発現に差のある遺伝子のゲノムレベルの同定を、DNAマイクロアレイを用いて進めている。これは言わば細胞老化と個体老化が同居している出芽酵母菌の老化のゲノムレベルの研究である。 |
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分裂酵母の接合及び胞子形成過程でのスピンドル極体の観察 |
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多くの動物の受精では卵細胞の中心粒が消滅し、精子によって持ち込まれた中心粒が複製されてその後の細胞分裂に寄与する。一方、分裂酵母菌では二つの交配型により受精に相当する性的細胞融合（接合）が起こる。接合後、二つの交配型から持ち込まれたspindle pole body （SPB、中心粒に相当するがペアは構成しない）のうち、片方の交配型のSPBのみが動物受精のように２倍体細胞中で残るのか否かは不明であった。そこで、 SPBの構成成分であるγ-チュブリンに蛍光マーカーの付いたγ-チュブリン-GFP遺伝子をゲノミックに分裂酵母菌に導入し、顕微鏡的に観察した。その結果、動物受精とは異なって、二つの交配型から持ち込まれたSPBγ-チュブリンはどちらも、２倍体から第二減数分裂まで残っていることが明かになった。 |
