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日、米、英、仏、独、中の６カ国２０研究センターから構成される「国際ヒトゲノムシーケンス決定コンソーシアム」は、ヒトゲノムドラフトシーケンスの解析を終え、その成果をまとめました。理化学研究所（小林俊一理事長）は、横浜研究所ゲノム科学総合研究センター（ＧＳＣ）のゲノム構造情報研究グループ（榊佳之プロジェクトディレクター）が中心となり、ヒトゲノムのシーケンス決定に大きく貢献、約２０３Ｍｂのデータを取得し、１００Ｍｂ以上のデータ解析を行った６研究機関の一つに数えられました。さらに同グループは、東京大学と共同で、ゲノム情報を効果的に利用するための「ヒトゲノムドラフト配列データーベース」を世界に先駆けて開発し、ホームページ（http://hgrep.ims.u-tokyo.ac.jp）で公開しています。また、遺伝子予測においては、ＧＳＣ遺伝子構造・機能研究グループ（林崎良英プロジェクトディレクター）が生産したマウスｃＤＮＡ情報が、レファレンスデータとして大きな役割を果たしています。
国際チームは、ヒトゲノム全体の約９０％をカバーする２７億２，５００万塩基の配列を決定しました。解析の結果、ヒトゲノムの４５〜５０％は、直接生体機能に関与しない繰り返し配列が占め、残りの５０〜５５％に様々な遺伝子が存在することが分かりました。さらに、ヒト遺伝子の総数は約３１，０００種と推定され、そのうち動物固有のものが約５割、そのうちの約半分が脊椎動物に固有の遺伝子であるなど、ヒトゲノムの特色が明らかになりました。ヒトゲノムの全体像が判明したことにより、今後、生活習慣病の遺伝子の同定や、ヒトの発生・分化に関する詳細なメカニズムの解析が加速度的に進行すると期待されます。
本研究成果は、英国科学雑誌「nature」２月１５日号に掲載されます。
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１．背景
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ヒトの遺伝設計図であるヒトゲノムの全解読は、人類科学の最も輝かしい成果のひとつとして歴史に残るものです。このヒトゲノムの全解読を目指す“ヒトゲノム計画”は国際協調のもと、１９９１年より進められてきました。そして、日・米・英・仏・独・中の６カ国２０センターから構成される国際チームは、昨年６月２６日にヒトゲノムのドラフトシークエンス完了を宣言しました。今回、その全データと、それに基づくヒトゲノム全体像の解析結果を、論文として公式に発表することになりました。
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２．方法及び戦略
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国際チームは、ヒトゲノムＤＮＡを大きく断片化し、それをクローン化した後各々の断片をショットガン法で配列決定する階層的ショットガン法という戦略を取りました。全ゲノムショットガン法に比べ、この方法は多くのセンターが協力して進めるのに特に有効でした。また配列の位置情報が分かり、解析途中でもデータの有効利用が可能なことから、国際チームでは即時公開の方針を打ち出しました。
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３．研究成果
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１）シークエンス決定・編集
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ヒト血液または、精子由来ＤＮＡから作成された１１種のＢＡＣ＊１、ＰＡＣ＊１ヒトゲノムＤＮＡライブラリーに由来する２９，２９８クローンを用いて、ヒトゲノム全体の約９０％をカバーする２７億２，５００万塩基の配列を決定しました。そのうち約３０％は完成データであり、残りの部分についても、その９割は９９．９９％の信頼性を持っています。
シーケンス決定においては、日本はヒトゲノム計画の当初から参画、データー生産量では、米、英に次ぐ位置を占めており、理研ゲノム科学総合研究センター（２０３Mb）と、科学技術振興事業団（ＪＳＴ）＊6などの支援を受けた慶應義塾大学医学部のグループ（１７Mb）がシーケンス決定に大きく貢献しています。さらに全解読した２１番、２２番染色体は日本の研究チームが中心的、指導的な役割を果たしました。
なお、今後は解析精度を高める一方、完全解読にむけて今回の未解読部分（約３億塩基）の解読を行っていきます。
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２）データ解析・注釈付け
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配列決定したデータをもとに、遺伝子の予測や繰り返し配列の分布など、ヒトゲノム全体の特色を明らかにしました。その結果、ヒトゲノムの４５〜５０％は直接生体機能に関与しないと思われる分散型繰り返し配列＊2（LINE２１％、SINE１３％、レトロウィルス種エレメント８％）や単純な繰り返し配列が占め、残りの領域に様々な遺伝子が存在することが分かりました。ヒトのタンパク質をコードする遺伝子の総数は、既知遺伝子、EST配列から編集されたUnigeneデータ＊3、マウス完全長ｃＤＮＡデータといくつかの遺伝子予測プログラム＊4から、約３１，０００種と推定されます。これは、ハエや線虫の総遺伝子数の２倍程度でしかありません。それらの機能を推定したところ、物質代謝や転写・翻訳、シグナル伝達に関わるものが比較的多く、また動物固有のものが約5割、そのうちの約半分が脊椎動物に固有のタイプの遺伝子であると推定されました。ｔＲＮＡ遺伝子＊5は４９７種。このほか、ヒトゲノムが進化の過程で遺伝子の重複やゲノムの一部の重複を繰り返して遺伝子の数や種類を増加させてきたこと、染色体の動原体には特色的な繰り返し構造があること、マウスとの相同性の関係など、ヒトゲノムの様々な特色が明らかとなりました。また、配列解析から１４０万以上のＳＮＰ（１塩基多型）も発見されました。
なお、解析・注釈付けに当たっては、理研ゲノム科学総合研究センターの遺伝子構造・機能研究グループが生産した約２１，０００種の完全長マウスｃＤＮＡの情報が大きく貢献＊7しており、遺伝子予測、データの精度解析の重要なレファレンスデータとして活用されました。
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３）データの公開
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ドラフトシーケンスデータは、人類共通の財産として公開されています。わが国では、理研ゲノム科学総合研究センターと、東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターが、世界に先駆けてヒトゲノムの配列情報をゲノム研究に利用しやすい形でデーターベース化（ＨＧＲＥＰ：Human
Genome Reconstruction
Project）し、ホームページ上で公開しています。このデーターベースは、様々な高度解析手法を用いて染色体の領域ごとに、ドラフトシーケンスのもとになったクローン情報、クローン同士の重なりの様子、クローンの配列データ、さらにそのデータに基づく遺伝子予測など多数の関連情報を参照、検索できるようになっています。現在、世界各国から月に数千件のアクセスがあり、わが国が誇るヒトゲノム分野の国際貢献の一つとして、評価されています。
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４．今回の成果の意義
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ヒトゲノムシーケンスの完全解読は、２００３年春までには終了する予定です。現在、７番、１４番、１９番、２０番、Ｙ染色体は完全解読完了間近です。今後も生命科学の最も基盤となるヒトゲノム全体の高精度配列決定を進めることが、科学の発展に必要ですが、今回、ヒトゲノムの全体像がほぼ判明したことによって、今後生活習慣病の遺伝子の同定や、ヒトの発生・分化に関する詳細なメカニズムの解析が加速度的に進行すると期待されます。
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（問い合わせ先）
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理化学研究所 横浜研究所 ゲノム科学総合研究センター
ゲノム構造情報研究グループ
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プロジェクトディレクター 榊 佳之
TEL：045-503-9171 FAX：045-503-9170
TEL：03-5449-5622
FAX：03-5449-5445（東大医科研）
横浜研究所 研究推進部 堤 精史
TEL：045-503-9117 FAX：045-503-9112
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（報道担当）
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広報室
嶋田 庸嗣
TEL:048-467-9272 FAX：048-462-4715
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＊１「ＢＡＣ／ＰＡＣ」
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ヒトＤＮＡなどを大腸菌にクローン化する時に用いるベクターの一種。ＢＡＣはバクテリアの人工染色体、ＰＡＣはＰ１人工染色体の略。数十万塩基の長さのＤＮＡをクローン化できるのが特色である。
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＊２「分配型繰り返し配列（トランスポゾン）」
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ヒトゲノムは、主に単純配列の直列型繰り返しと、転移性の因子が分散した分配型繰り返しがある。そのほかに、偽遺伝子や部分的な重複から生じた繰り返しが存在する。転移性の繰り返しの主なものは、短い単位の「SINE」と長い単位の「LINE」である。
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＊３「Unigeneデータ」
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世界中で生産された大量のｃＤＮＡの断片データをコンピューター上で編集し、分類したもので、コンピューター上で作成された遺伝子が多数リストされている。
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＊４「遺伝子予測プログラム」
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遺伝子のエキソンやプロモーターの特色などをもとに新規配列の中から遺伝子領域を予測するプログラム。
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＊５「ｔＲＮＡ遺伝子」
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タンパク合成に使われる転移ＲＮＡの遺伝子のこと。タンパク質を合成するときに使われる２０種のアミノ酸に対応して多数のｔＲＮＡが存在している。
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＊６「ＪＳＴの取り組み」
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科学技術振興事業団によるＪＳＴシークエンシングプロジェクトは、１９９５年より開始され、北里大学、慶應義塾大学、東海大学、（財）癌研究会が参加し、詳細塩基配列を行ってきた。東海大学及び、癌研究会による解読結果の一部も、ドラフトシーケンスの解析データとして取り込まれており、日本全体ではヒトゲノムの約５％を担った。
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＊7「ＧＳＣ遺伝子構造・機能研究グループの貢献」
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未探索なヒトの遺伝子予測に関して、ヒト既知遺伝子の塩基配列をもとにした解析では予測出来ない部分を、ヒトモデル動物であるマウスにおいて採取された約２１，０００種ものマウス完全長ｃＤＮＡの塩基配列をもとにした解析を行い、補完することによって、大きな役割を果たした。
例えば、ヒト既知遺伝子は、線虫やショウジョウバエの既知遺伝子と８割近くオーバーラップしているが、理研で得られたマウス遺伝子と、線虫やショウジョウバエの既知遺伝子とは、４割程度しかオーバーラップしていない。このことから、ヒト既知遺伝子の中には、ほ乳類特有な遺伝子がまだまだ知られていないと考えられるため、
また、国際チームが蓄積したヒト候補遺伝子及び、タンパク質データセットの評価にも理研のマウス完全長ｃＤＮＡの塩基配列情報が用いられている。
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各センターの解析状況
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機関名
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全データ(kb)
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そのうち完成データ分(kb)
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MIT ホワイトヘッド ゲノム研究所（米国）
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1,196,888
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46,560
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サンガーセンター（英国）
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970,789
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284,353
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ワシントン大学 ゲノムシーケンスセンター（米国）
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765,898
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175,279
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エネルギー省合同ゲノム研究所（米国）
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377,998
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78,486
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ベーラー医科大（米国）
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345,125
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53,418
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理化学研究所 ゲノム科学総合研究センター（日本）
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203,166
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16,971
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ジェノスコープ（仏国）
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85,995
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48,808
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ゲノム治療コーポレーション（米国）
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71,357
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7,014
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分子ゲノムテクノロジー研究所（独国）
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49,865
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17,788
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中国科学院 ヒトゲノムセンター（中国）
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42,865
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6,297
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システム生物学研究所 シーケンスセンター（米国）
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31,241
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9,676
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スタンフォード
ゲノムテクノロジーセンター（米国）
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29,728
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3,530
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スタンフォード大学 ヒトゲノムセンター（米国）
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28,162
|
9,121
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ワシントン州立大 ゲノムセンター（米国）
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24,115
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14,692
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慶應義塾大学 医学部（日本）
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17,364
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13,058
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テキサスウェスターン大学 医科学センター（米国）
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11,670
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7,028
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オクラホマ州立大学（米国）
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10,071
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9,155
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マックスプランク研究所（独国）
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7,650
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2,940
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ゲノムテクノロジーセンター（独国）
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4,639
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2,338
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コールドスプリングハーバー研究所（米国）
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4,338
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2,104
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その他※
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59,574
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35,911
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合計
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4,338,224
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842,027
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※JSTの支援による東海大 癌研究会の11783kbを含む
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ヒトゲノムの解析に用いられたシーケンサー（理研横浜研究所）
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ヒトゲノム解析に参加した理化学研究所の研究者ら
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