理化学研究所（小林俊一理事長）は、マウスの完全長ｃＤＮＡ^※１６０，７７０クローンの塩基配列および機能アノテーション（機能注釈）情報を公開します。これは、現在までに人類が収得している遺伝子の約９割に当り、１つの生物種のトランスクリプトーム^※２データとして世界最大、最高品質のものです。さらに、遺伝子としては認知されていなかった部分が、実際には遺伝子として転写されていることを初めて科学的に実証しました。理研横浜研究所ゲノム科学総合研究センター（和田昭允センター所長）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）およびＦＡＮＴＯＭコンソーシアム^※３によって成し遂げられた研究成果です。
　ゲノムの塩基配列だけからは、遺伝子を完全に予測することは不可能であり、遺伝子の予測、さらには実在を証明するためにはトランスクリプトームによる裏づけが必要不可欠です。さらに、最終的な生物機能活性を有するタンパク質を得るためには、完全長ｃＤＮＡの解析なしでは得られません。今回、得られた研究成果の核心は、以下の通りです。

	高品質の完全長ｃＤＮＡクローンの最大規模の収集と塩基配列
	高精度の機能アノテーション情報
	マウスゲノムとトランスクリプトームとが一体となったデータ

　マウスは、ヒトのモデル動物として医学的に重要な役割を果たします。本研究成果であるマウスのトランスクリプトームと、マウスの全ゲノムシーケンスとが併せて解析されることにより、遺伝子の機能研究、タンパク質の構造解析研究、がん遺伝子の研究、および新しい薬の開発を劇的に進展させるものと期待されます。
　本研究成果は、英国の科学雑誌『ｎａｔｕｒｅ』１２月５日号に掲載されるとともに、新たな機能アノテーションを付与した６０，７７０クローンの塩基配列と、機能アノテーション情報は、理研内のホームページ(http://fantom2.gsc.riken.go.jp/)およびＤＤＢＪ(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)にて公開されます。また、ＦＡＮＴＯＭ２クローンセットは、「ＲＩＫＥＮ−ＦＡＮＴＯＭ２クローンセット」の名称で頒布する予定です。

１．背景

　マウスは、“ヒトとほとんど同じ遺伝子を持っていること”、“ヒトでは取れないライフサイクルすべてのステージの遺伝子が取れること”、“遺伝学的実験が行いやすいこと”“発生生物学的手法による、遺伝子破壊マウスなどが作成しやすいこと”などから、ヒトのモデル動物として医学生物学的研究の中心となっています。マウス遺伝子（完全長ｃＤＮＡ）のすべてを取り出し、その塩基配列情報などを体系的に整理した辞書となる「マウス遺伝子エンサイクロペディア」の作成は、ヒト遺伝子の機能解明の促進など、医学・生物学といったさまざまな分野での貢献が期待されます。また、マウスのゲノムプロジェクトは、ヒトゲノムプロジェクトと並行して進められており、世界的にも重要課題とされています。それらの中で、非常に高い完全長ｃＤＮＡのカバー率を誇るマウスエンサイクロペディア計画は極めて重要です。
　ゲノム科学総合研究センター（ＧＳＣ）遺伝子構造・機能研究グループでは、これまでマウス完全長ｃＤＮＡ１００万クローン以上の末端塩基配列データを、日本ＤＮＡデータバンク（ＤＤＢＪ）および理研内のホームページ（http://genome.gsc.riken.go.jp/）で公開してきました。また、２０００年８月から９月にかけて行われたFANTOM（Functional Annotation of Mouse)1 マウスｃＤＮＡ機能アノテーション国際会議において、約２万クローンの完全長cDNA配列に対する機能情報を付加し、その成果を『ｎature』（２００１年２月８日号）に発表しました。さらに、２００２年２月より４月にかけて、「機能アノテーション国際遠隔会議（MATRICS: Mouse Annotation Teleconference for RIKEN cDNA sequence）」を開催し、国内外のゲノム科学、生物学などの専門家と共同でFANTOM１の２万クローンに加え、今回新たに決定した４万クローンを加えた約６万クローンのマウスｃＤＮＡの完全長配列について、機能アノテーション情報を付与し、マウス百科事典の世界標準化を目指した機能注釈などについて議論してきました。４月２９日から５月５日にかけては、「FANTOM2 Cherry Blossom国際会議」を開催し、新規遺伝子の発見などについて活発な報告と議論を行いました。
　一方、理研のマウスエンサイクロペデイア計画から得られたマウス完全長ｃＤＮＡの塩基配列と、マウスゲノムの塩基配列決定を行う国際組織であるＭＧＳＣ（Mouse　Genome　Sequencing　Consortium）が決定したゲノムの塩基配列とを相互に交換し解析することにより、互いの成果を相補的かつ飛躍的に発展させました。

２．研究手法と成果

　本研究の対象である完全長ｃＤＮＡ（遺伝子の本体）は、タンパク質を合成するための設計情報をすべて有し、タンパク質そのものを合成することができることから、ポストゲノム研究における非常に重要な「基盤ツール」となります。研究グループでは今回、約６万クローンもの完全長ｃＤＮＡについて、“それらの配列はどのような性質の遺伝子なのか”、“どのようなタンパク質をコードしているのか”などの機能情報の注釈付け（機能アノテーション）を行いました。ｃＤＮＡに対する機能アノテーションを行うためには、コンピューターによる解析と、それを専門家により確認するための支援システムが必要不可欠です。研究グループでは、「機能アノテーション自動システム^※４」、「機能アノテーション入力システム^※５」、「ｃＤＮＡマッピングシステム^※６」、「ｃＤＮＡクラスタリングシステム^※７」を開発し、解析に取り組みました。その結果、以下の研究成果が得られました。

1.	ＦＡＮＴＯＭ２クローンセット（約６万クローン）のマウス完全長ｃＤＮＡについて、配列相同性解析、機能モチーフ解析、タンパク質コード領域解析に加えて、マウスゲノムへのマッピング情報や発現情報を用いた総合的な機能アノテーションを行いました。
2.	マウスゲノム配列との比較から、ＦＡＮＴＯＭ２クローンセットの中には約３３，０００種類の遺伝子が含まれていることが分かりました。このＦＡＮＴＯＭ２クローンセットは、現在、公共データベースに登録されたマウスの遺伝子を合わせた全遺伝子の９０％をカバーしています。
3.	ＦＡＮＴＯＭ２クローンセットに含まれる約３３，０００種類の遺伝子のうち、約１６，０００種類は、今回新たに発見された遺伝子です。また、ＦＡＮＴＯＭ２クローンセットの中には、ゲノム上において互いに逆向きに転写されている遺伝子ペアが約２，０００あること分かりました。
4.	マウスゲノムとトランスクリプトームを一体で解析することにより、ゲノム解析だけでは遺伝子としては認知されていない部分が、実際には遺伝子として転写されていることを世界で初めて科学的に実証しました。このことは、ゲノムの塩基配列をもとにしたコンピューターによる遺伝子予測では、正確な遺伝子数を確定できないことを物語っています。
5.	確認された全遺伝子のうち、約４０％が選択的スプライシング（オルタネイティブ・スプライシング）※８され、そのうちの約８０％が、異なる構造を持つタンパク質をコードすることが分かりました。このことにより、タンパク質の数は、遺伝子の数よりはるかに多いということが判明しました。
6.	遺伝子の中にはタンパク質をコードする「ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡ」のみならず、多数の「ｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡ※９（タンパク質情報をコードしていないＲＮＡ）」があることが分かりました。これらのｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡは、ゲノムの塩基配列だけからは予測ができず、トランスクリプトームのデータを用いてのみ予測されます。このことは、タンパク質と同じく、ｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡも病気などの発症に関わっていることが考えられ、新しい治療法の開発や創薬などに影響をおよぼす、非常に重要な発見と考えられます。

３．今後の展開

　本研究で得られた６０，７７０クローンの配列は、完全長ｃＤＮＡとしての高いカバー率を誇ります。これらのクローンセット、塩基配列、機能アノテーション情報は、ＭＧＳＣにより配列決定されたマウス全ゲノムドラフト配列とともにヒト、マウスを始めとするさまざまな生物についての基礎研究及び医学または創薬などへの応用研究のための世界共通のプラットフォームとなるものです。
　理研では今後、全長シークエンスを完了し、新たな機能アノテーションを付与した６０，７７０クローンの塩基配列と機能アノテーション情報を理研内のホームページ (http://fantom2.gsc.riken.go.jp/)およびＤＤＢＪ(http://www.ddbj.nig.ac.jp/)より公開します。また、マウス完全長ｃＤＮＡ６０，７７０クローンからなるＦＡＮＴＯＭ２クローンセットについては、「世界標準」として国内外の分譲を希望する科学研究者の利用に供するため、頒布体制を整えていきます。

※１　完全長ｃＤＮＡ

ｃＤＮＡとは、ゲノムＤＮＡの中から不要な配列を除き、タンパク質をコードする配列のみに整理された遺伝情報物質であるｍＲＮＡ（メッセンジャーＲＮＡ）を鋳型にして作られたＤＮＡのこと。完全長ｃＤＮＡは、断片ｃＤＮＡと異なり、タンパク質を合成するための設計情報をすべて有しているため、タンパク質を合成することができる。この完全長ｃＤＮＡを効率的に合成するためには、非常に高い技術を必要とし、わが国が世界に先んじている。

※２　トランスクリプトーム

生物のゲノムから転写された遺伝子全体を指す用語。トランスクリプトームの解析を行うことにより、それぞれの遺伝子が転写されている組織や、発生段階などの情報が得られ、ゲノムの塩基配列から予測されるもののみではなく、コンピューターでは予測できない遺伝子の存在も実証することができる。

※３　ＦＡＮＴＯＭコンソーシアム

理研ゲノム科学総合研究センター遺伝子構造・機能研究グループの主導により結成された、マウス遺伝子の機能解析を行う組織。国内外のゲノム科学、生物学などの専門家と共同で、マウスｃＤＮＡに機能アノテーション情報を付与した。２００２年４月２９日から５月５日にかけて FANTOM2（Functional annotation of Mouse）Cherry Blossom国際会議では理研のほか、海外からThe Jackson laboratory（米国）、TIGR（The Institute for Genomic Research：米国）、NCBI（National Center for Biotechnology Information：米国）、University of Queensland（オーストラリア）、EBI（European Bioinformatics Institute：ヨーロッパ）、国内から国立遺伝学研究所生命情報研究センター、大阪大学、慶應義塾大学など国内外のバイオインフォティクス、ゲノム科学、および生物学の研究機関から国外３８人、国内１２人の専門家が参加し、共同解析を行った。

※４　機能アノテーション自動システム

コンピューターにより、既知遺伝子配列情報とのホモロジー（類似性）情報、遺伝子産物であるタンパク質のモチーフ情報（類似機能を有するタンパク質群中で保存されている特徴的な構造）などから機械的に機能アノテーションを決定するためのシステム。理化学研究所およびNTTソフトウエアとの共同研究により開発された。

※５　機能アノテーション入力システム

ゲノム科学や生物学の専門家がコンピューターによるさまざまな解析結果を参照しながら、必要に応じて機械的に決められた機能アノテーション情報の補正や、新たな機能情報を追加入力するためのシステム。理化学研究所およびNTTソフトウエアとの共同研究により開発された。

※６　ｃＤＮＡマッピングシステム

ｃＤＮＡが転写されたマウスゲノム上の位置を推定するための計算を行うシステムと、計算結果を専門家が確認するための表示システム。

※７　ｃＤＮＡクラスタリングシステム

マウスゲノム上の同一位置から転写されたｃＤＮＡをまとめ、選択的スプライシングが行われているｍＲＮＡを専門家が確認できるように表示するシステム。

※８　選択的スプライシング（オルタネイティブ・スプライシング）

選択的スプライシングとは、１つの遺伝子から複数の種類のｍＲＮＡが合成される現象のこと（ｃＤＮＡは、ｍＲＮＡを鋳型にして作られたＤＮＡであるので、１つの遺伝子から複数の種類のｃＤＮＡが生じることがある）。

※９　ｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡ

タンパク質情報をコードしていないRNA。最近になってこのようなｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ　ＲＮＡが生体内で実際に機能をもって遺伝子と同じような振る舞いをする例が報告され、注目されている。今回の研究成果の注目すべき点として、このような例が少なからずあることを証明した。