山形大学医学部1年次講義

「ゲノム解析学」資料

遺伝子実験施設

中島 修

121003

コアカリキュラム

1. 遺伝子と染色体の構造

2. ゲノムと遺伝子の関係

3. DNAの合成、複製と修復

4. DNAからRNAを経てタンパク質合成に至る遺伝情報の変換過程

5. プロモーター、転写因子などによる遺伝子発現の調節

6. PCRの原理とその方法

7. ゲノム解析にもとづくDNAレベルの個人差（田宮先生）

講義の目的

遺伝子の構造・機能を理解し、それらを明らかにするためにどんな実験手法を用いることが出来るかを学習する．

講義の予定

10/3 遺伝子の化学的性質，構造と遺伝子発現の流れ

DNA合成・複製，細胞，染色体

10/10 遺伝子のクローニング（分離），PCR，塩基配列解析

10/17 遺伝子発現制御，遺伝子発現解析の実験方法

10/24 ゲノム，遺伝様式，遺伝子変異

10/31 比較ゲノム学，遺伝子改変マウスの作製と応用

11/7 遺伝子組換え実験に関係する法律，（予備または試験）

Tom Strachan • Andrew Read

Human Molecular Genetics Fourth Edition

Copyright © Garland Science 2011

教科書

日本語訳：ヒトの分子遺伝学 第4版

メディカルサイエンスインターナショナル

１．遺伝子の化学的性質，構造と遺伝子発現の流れ

遺伝子の２つの定義

•A gene is a determinant, or a co-

determinant, of a character that is inherited

in accordance with Mendel’s rules.

•A gene is a functional unit of DNA.

機能的RNA分子を作るための鋳型として働く，長鎖DNA（ゲノム）の一部分

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DNAの構造と遺伝子発現

セントラルドグマ

DNA→RNA→Protein Gene Coding RNA (mRNA)

アミノ酸配列情報をもつRNA

Transcription

転写

Translation

翻訳

Cf.

Noncoding RNA

アミノ酸配列情報の無いRNA

ほとんどの遺伝情報はDNA→RNA→タンパク質の一方向に流れる

• Transcription, by which DNA is used by an RNA

polymerase as a template for synthesizing one of many

different types of RNA

• 転写とは，様々なタイプのRNAのうちの１種類を合成するために，DNAがRNAポリメラーゼにより鋳型として、使われる過程を指す

• Translation, by which mRNA is decoded to make

polypeptides at ribosomes, which are large RNA-protein

complexes found in the cytoplasm, and also in

mitochondria and chloroplasts.

• 翻訳とは，mRNAが，リボソームでコドンに基づいて、塩基配列からアミノ酸へ変換して，ポリペプチドを合成する過程を指す

核酸･タンパク質の化学的性質

• DNA，RNA，タンパク質：構造単位

（ヌクレオチド，アミノ酸）が繰り返されている高分子ポリマー

塩基

糖（リボース） ヌクレオチド

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ヌクレオチド

• アデニン(A), シトシン(C), グアニン(G),

チミン(T)塩基が糖残基1’位の炭素に結合し、5’または3’位にリン酸が結合して

いる．塩基と糖のみが結合したものをヌクレオシドと呼ぶ。

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プリン

ピリミジン

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3’,5’-ホスホジエステル結合

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プリン ピリミジン プリン ピリミジン

リボース デオキシリボース

分子内水素結合によるヘアピン形成

トランスファーRNA (tRNAGly)

タンパク質（ポリペプチド）の構造

側鎖

アミノ基

カルボキシル基

ペプチド結合 アミノ酸繰り返し単位

塩基性

酸性

非電荷極性アミノ酸

非電荷中性アミノ酸

非極性

水素結合

イオン結合

疎水結合

疎水性相互作用

弱い非共有結合

ファンデルワールス力

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Transcription Factor

転写因子

鋳型鎖

mRNAと同じ塩基配列

トランス作用性とシス作用性

トランス作用性因子（trans-acting factor）： 離れた遺伝子によって合成され，作用部位まで移動可能な因子。例 転写因子

シス作用性因子（cis-acting factor）: 自身が存在している遺伝子のみに作用可能な因子。例 エンハンサー，プロモーター

ポリペプチドをコードする真核生物の遺伝子のプロモーター

β-グロビン遺伝子

グルココルチコイド受容体遺伝子

TATA box CAAT box GC box

GC box

01_17.jpg 真核生物mRNAの5’ cap構造

5’->3’の分解への防御

核から細胞質への移行

スプライシング

リボソームへ結合

mRNAの３‘末端のポリアデニル（polyA)化

核から細胞質への移行

一部のmRNAの安定化

リボソームへ結合

翻訳後修飾

3’-非翻訳領域 5’-非翻訳領域

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Kozak 配列

5’-GCCPuCCAUGG-3’

AUGの次のGと上流方向にさかのぼって３番目のプリン塩基（Aが望ましい）

リボゾームがmRNA上の開始コドン（first ATG）を見つける目印

ミトコンドリアDNA

コドンの3番目の塩基のゆらぎ

ポリペプチド修飾の主要なタイプ

膜通過に必要

A cofactor, such as a divalent cation (such as Ca2+, Fe2+,

Cu2+, or Zn2+) or a small molecule required for functional

enzyme activity (such as NAD+)

コファクターとは，酵素活性発現に必要な2価陽イオンや小分子を指す

A ligand (any molecule that a protein binds specifically)

リガンドとはタンパク質へ特異的に結合する分子の総称．主に、非共有結合による，可逆的に結合する場合が多い。

1次構造 ポリペプチドのアミノ酸配列

2次構造組み合わせから生じる，ポリペプチドの立体構造

複数のサブユニットからなるタンパク質の立体構造

2次構造

3次構造

4次構造

1次構造の部分的な立体構造

αへリックス

βシート

ジスルフィド(S-S)結合

２．DNA合成・複製，細胞と染色体

半保存複製

岡崎フラグメント

DNA複製に関与するタンパク質の主な種類

トポイソメラーゼ

二本鎖DNAの一本鎖に切れ目を入れてDNAの巻き戻し、スー

パーコイル構造での、らせん構造を維持している緊張を解放する

ヘリカーゼ

トポイソメラーゼによってスーパーコイル構造が解消された後、複製フォークで二重らせんを完全に巻き戻す

DNAリガーゼ

岡崎フラグメントの間にある切れ目をつないで、完全なDNA鎖にする

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原核生物 真核生物

核 無 有

内部構造 単純 複雑（膜によって仕切られた細胞小器官・細胞骨格

ゲノム １つの環状染色体 細胞核内の複数の線状の染色体

ゲノムの

折り畳み

無し ヒストン等のタンパク質により精密に折り畳まれている

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Actin filaments Microtubules Intermediate filament

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三毛猫のほとんどはメス

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例：突然変異 X染色体に関しての女性の体細胞

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個々の染色体は間期核内で独自の染色体領域を専有

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