胃炎胃潰瘍胃ガンの病因であるピロリ菌等の多型形成にはたす制限修飾酵素遺伝子の役割

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12470034
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小林 一三 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (30126057)
• 研究分担者: 内山 郁夫 岡崎国立共同研究機構, 基礎生物学研究所, 助手 (90243089)
• キーワード: 制限酵素 / ゲノム進化 / ゲノム再編 / 病原菌 / ピロリ菌 / 極限環境微生物 / バイオインフォーマティクス

研究概要

(A)全ゲノム配列間の比較による多型の検出。
近縁細菌のゲノム配列を比較して、ゲノム多型の形成機構とくに制限修飾遺伝子の役割を推測した。
(1)ピロリ菌。
制限修飾遺伝子のホモログを洗い出し、進化系統樹の形にした。それらのコドン使用の偏り、コドン3字目のGC含量の偏りから、水平伝達を推定した。ゲノムDNAの配列を両株で比較し、「大きな欠失を伴う挿入」および「長い標的重複を伴う遺伝子挿入」特徴的な構造を探し出したた。それらについて、制限修飾酵素の認識配列の分布を調べ「利己的な転移モデル」を検証した。
(2)パイロコッカス。
ピロリ菌と同様な解析を、好熱古細菌Pyrococcusの2つの種Pyrococcus horikoshiiとPyrococcus abyssiについて行い、制限修飾遺伝子らしいと思われる遺伝子群に連鎖した大規模多型を6カ所同定した。置換、逆位、転移である。それらは、制限修飾遺伝子が隣接する遺伝子を引き連れて転移することを示唆した。
(3)髄膜炎菌、黄色ブドウ球菌。
Neisseria meningitidis(髄膜炎菌)の二つの株、Staphylococcus aureus(黄色ブドウ球菌)の二つの株についても同様の比較を開始した。
(4)近縁ゲノム配列比較ツールの開発。
これらの過程で、ドットプロットに基づいて近縁ゲノムの配列を比較し、大規模ゲノム多型を検出するツールを開発している。
(B)多型部分のダイナミクスの実験室での解析。
(1)推定構造の検証。
ゲノムが解読されたピロリ菌株のゲノムDNAについて、「大きな欠失を伴う挿入」 「長い標的重複を伴う挿入」構造をPCRで実証した。
(2)制限修飾遺伝子の転移。
制限修飾遺伝子の大腸菌でのプラスミドから染色体への転移を、「分離後宿主殺し」の条件で検出した。その産物のシークエンスを解析し、転移の機構を推測した。

研究成果

• [文献書誌] I.Kobayashi: "Behavior of restriction-modification systems as mobile genetic elements"Nucleic Acids Research. (in press).
• [文献書誌] A.Chinen: "Comparison between Pyrococcus horikoshii and Pyrococcus abyssi genome sequences suggests association of restriction-modification genes with gross genome polymorphism""Gene. 259. 109-121 (2000)
• [文献書誌] A.Nobusato: "Insertion with long target duplication : A mechanism for restriction-modification-mediated gene mobility suggested from comparison of two complete bacterial genomes"Gene. 259. 99-108 (2000)
• [文献書誌] A.Nobusato: "Diversity of restriction modification gene homologues in Helicobacter pylori"Gene. 259. 89-98 (2000)
• [文献書誌] A.Chinen: "Evolution of sequence recognition by restriction-modification enzymes : selective pressure for specificity decrease"Mol.Biol.Evol.. 17. 1610-1619 (2000)
• [文献書誌] D.A.Arnold: "A novel,11-nucleotide variant of χ,χ : one of a class of sequences defining the E.coli recombination hotspot,χ"J.Mol.Biol.. 300. 469-479 (2000)
• [文献書誌] N.Handa: "Cellular responses to post-segregational killing by restriction-modification genes."J.Bacteriol.. 182. 2218-2229 (2000)
• [文献書誌] I.Kobayashi: "Sex as a strategy against"non-self"genetic elements"J.Rep.Dev.. 46. s7-s8 (2000)
• [文献書誌] 小林一三: "ゲノムはなぜ変わるのか?利己的な動く遺伝子たちのコミュニティーとしてのゲノム"科学. 70. 335-345 (2000)
• [文献書誌] I.Uchiyama: "Genome Informatics2000"Universal Academy Press,Tokyo. 3 (2000)
• [文献書誌] A.Chinen: "Genome Informatics2000"Universal Academy Press,Tokyo. 2 (2000)
• [文献書誌] K.Gerdes: "The Horizontal Gene Pool"Harwood academic publishers gmbh,Amsterdam. 10 (2000)
• [文献書誌] Y.Fujitani: "Computational Molecular Biology"Universal Academy Press Inc.,Tokyo. 2 (2000)
• [文献書誌] I.Uchiyama: "Computational Molecular Biology"Universal Academy Press Inc.,Tokyo. 2 (2000)
• [文献書誌] I.Kobayashi: "International Collection for Microbiology Teaching and Learning"American Society for Microbiology, Washington DC. (2000)
• [文献書誌] 小林一三: "なぜ微生物実験進化か"SHINK(刊行中).
• [文献書誌] I.Uchiyama: "データベース:http://mbgd.genome.ad.jp"Human Genome Conter, Insritute of Medical Science, The University of Tokyo. (2000)