超高速ゲノム解読に基づくマウス生殖細胞誘発変異検出と微量変異原リスク評価法の確立

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25241016
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 権藤 洋一 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソースセンター, チームリーダー (40225678)
• 研究分担者: 茶野 徳宏 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (40346028) ; 姫野 龍太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 情報基盤センター, センター長 (60342838) ; 舘田 英典 九州大学, 理学研究院, 教授 (70216985) ; 大野 みずき 九州大学, 医学研究院, 助教 (70380524)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 自然発生突然変異 / 遺伝学 / ゲノム解析 / トランスクリプトーム / ゲノム編集 / 生殖細胞系列突然変異 / ゲノム機能 / 環境影響次世代評価

研究実績の概要

C57BL/6JJcl近交系マウスを用いて、4世代変異間、変異蓄積した独立な8家系由来のマウスから、最終的に、新規塩基置換449個、初代親由来minor SNP1536個を検出した。この結果、自然発生突然変異率mは5.39×10^-9/bp/世代、その95％信頼限界は4.90×10^-9/bp/世代<m<5.91×10^-9/bp/世代と高精度推定を達成した。スペクトル解析精度もあがり、新規塩基置換も初代親由来のminor SNPもほぼ同様の変異スペクトルを示し、GCペアをターゲットとした塩基置換が73％を占めていた。化学変異原ENUではGCペアをターゲットとする塩基置換が28％であるので、全く正反対の結果となり、それぞれ、変異が生じる分子機序が大きく異なることを実証できた。さらに、新規に生じた変異がどの個体由来すかトレースにも成功し、新規変異の26.2％がモザイク体細胞変異としてもともと生じていると言う全く予期しない新しい発見を得た。
また、1989年にジャクソン研究所のオリジナル系統から分岐して以来、C57BL/6JJcl系統に固定した固有SNPを全ゲノムから4601個固定した。この結果は、全ゲノム超高速シーケンシングを用いることで年単位で分子進化学的実験解析ができることを実証している。
さらに、突然変異の生物学的機能解析の標準データとなる6週齢C57BL/6JJclマウスの主要17臓器の網羅的転写ボディマップをRNA-seq法を用いて整備した。また、翻訳レベルにおける変異の生物学的効果として、ゲノム編集法を応用して確立したフレームシフト変異の発現解析を行ったところ、一般的な分子生物学的知見に反してフレームシフト変異が導入された場合でも、ほぼ全長に近いタンパク質が翻訳されるケースがあることを発見し「定型外翻訳illegitimate translation」として原著論文発表した(Makino, Fukumura, Gondo, 2016)。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The Jackson Laboratory/Agilent Technologies(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The Jackson Laboratory/Agilent Technologies
• [国際共同研究] Fudan University(China)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Fudan University
• [国際共同研究] Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute(Canada)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute
• [雑誌論文] Illegitimate translation causes unexpected gene expression from on-target out-of-frame alleles created by CRISPR-Cas9. (2016)
  • 著者名/発表者名: Makino S, Fukumura R, Gondo Y
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 39608-39608
  • DOI: 10.1038/srep39608
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Estimation of the frequency of inherited germline mutations by whole exome sequencing in ethyl nitrosourea-treated and untreated gpt delta mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Masumura K, Toyoda-Hokaiwado N, Ukai A, Gondo Y, Honma M, Nohmi T
  • 雑誌名: Genes and Environment 巻: 38 ページ: 10-10
  • DOI: 10.1186/s41021-016-0035-y.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dose-dependent de novo germline mutations detected by whole-exome sequencing in progeny of ENU-treated male gpt delta mice. (2016)
  • 著者名/発表者名: Masumura K,Toyoda-Hokaiwado N, Ukai A, Gondo Y, Honma M, Nohmi T
  • 雑誌名: Mutation Research 巻: 810 ページ: 30-39
  • DOI: 10.1016/j.mrgentox.2016.09.009.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mouse models for ROS1-fusion-positive lung cancers and their application to the analysis of multikinase inhibitor efficiency. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue M,Toki H, Matsui J, Togashi Y, Dobashi A, Fukumura R, Gondo Y, Minowa O, Tanaka N, Mori S, Takeuchi K, Noda T
  • 雑誌名: Carcinogenesis 巻: 37 ページ: 452-460
  • DOI: 10.1093/carcin/bgw028.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Novel allelic mutations in murine Serca2 induce differential development of squamous cell tumors. (2016)
  • 著者名/発表者名: Toki H,Minowa O, Inoue M, Motegi H, Karashima Y, Ikeda A, Kaneda H, Sakuraba Y, Saiki Y, Wakana S, Suzuki H, Gondo Y, Shiroishi T, Noda T
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 476 ページ: 175-182
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.04.136.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Genetics and genomics with mouse mutagenesis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Gondo Y
  • 学会等名: IMB Seminar/Molecular & Celllular Biology Program
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2017-01-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Detection and analysis of spontaneous mutations in the standard mouse strain by complete outbreeding. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukumura R, Kotaki H, Ishitsuka Y, Makino S, Nakai Y, Mori K, Toyoda A, Kuhara S, Fujiyama A, Gondo Y
  • 学会等名: Advanced Geome Science International Symposium; The Start of New Genomics.
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2017-01-10
  • 国際学会
• [学会発表] いのちの謎はゲノムのなかに：メンデルの発見から150年いまパーソナルゲノムの時代に (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一、福村龍太郎、中井祐治、小瀧逸人、石塚祐一
  • 学会等名: 日本分子生物学会講師派遣事業
  • 発表場所: 東海大学付属高輪台高等学校（東京都港区）
  • 年月日: 2016-12-16
  • 招待講演
• [学会発表] おもしろ探求授業: 生命進化DNAに触れて生命進化の謎に迫る (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一、福村龍太郎、中井祐治
  • 学会等名: 荒川区立第三中学校パワーアップ事業:未来を拓く子どもの育成より
  • 発表場所: 荒川区立第三中学校（東京都荒川区）
  • 年月日: 2016-12-10
  • 招待講演
• [学会発表] 生殖系列変異から捉える生物進化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 高速シーケンサーを用いた自然発生突然変異の検出と集団遺伝学的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] C57BL/6JJclマウスにおける自然発生突然変異検出と変異率の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福村龍太郎、小瀧逸人、石塚祐一、牧野茂、中井祐治、森一樹、久原哲、豊田敦、藤山秋佐夫、権藤洋一
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] ゲノム・ＤＮＡ・遺伝子からみた生命科学のこれから (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一、石塚祐一、牧野茂、小瀧逸人、牧野茂
  • 学会等名: 筑波大学学園祭雙峰祭
  • 発表場所: 筑波大学（つくば市）
  • 年月日: 2016-10-05 – 2016-10-06
  • 招待講演
• [学会発表] 動物実験の始め方：遺伝子組換えとの関わりを中心に (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一
  • 学会等名: 芝浦工業大学動物実験教育訓練講演
  • 発表場所: 芝浦工業大学（さいたま市）
  • 年月日: 2016-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] Spontaneous de novo germline mutation discovery by WGS in the mouse. (2016)
  • 著者名/発表者名: Gondo Y
  • 学会等名: Sequencing Quality Control Project Phase 2 (SEQC2) Public Workshop
  • 発表場所: Bethesda, USA
  • 年月日: 2016-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 標準近交系マウスにおける自然発生突然変異検出と解析：全ゲノム解読(WGS)によるSNVコール (2016)
  • 著者名/発表者名: 権藤洋一、福村龍太郎、石塚祐一、牧野茂、森一樹、久原哲、豊田敦、藤山秋佐夫
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（三島市）
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] 標準近交系マウスにおける自然発生突然変異検出と解析：SNV候補の検証とトレース (2016)
  • 著者名/発表者名: 福村龍太郎、小瀧逸人、石塚祐一、牧野茂、中井祐治、森一樹、久原哲、豊田敦、藤山秋佐夫、権藤洋一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（三島市）
  • 年月日: 2016-09-09
• [学会発表] フレームシフト変異アリルからの翻訳再開機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 牧野茂、権藤洋一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第88回大会
  • 発表場所: 日本大学国際関係学部（三島市）
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] 四肢異常を伴う小眼球症の新規モデルマウスの樹立と原因遺伝子の同定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 塚本愛美、佐藤有里子、福村龍太郎、権藤洋一、古市達哉
  • 学会等名: 第159回日本獣医学会学術集会
  • 発表場所: 日本大学生物資源科学部（藤沢市）
  • 年月日: 2016-09-07
• [学会発表] Mouse genetics to genomics. (2016)
  • 著者名/発表者名: Gondo Y
  • 学会等名: The 5th RIKEN BRC-Nanjing University MARC Mouse Resource Workshop
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
  • 年月日: 2016-07-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Catalogue of indetified mutations in RIKEN ENU Mutant Mouse Library: a new approach for the studies on polygenic traits. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukumura R, Kotaki H, Makino S, Ishitsuka Y, Nakai Y, Minakuchi Y, Toyoda A, Fujiyama A, Gondo Y
  • 学会等名: The Allied Genetics Conference 2016 (TAGC2016)/30th International Mammalian Genomicss Conference (IMGC2016)
  • 発表場所: Orland, USA
  • 年月日: 2016-07-14 – 2016-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Unexpected translation reinitiation by on-target CRISPR-Cas9 genome editing. (The IMGS Award for an Outstandng Poster Presentation at the TAGC2016受賞発表) (2016)
  • 著者名/発表者名: Makino S, Fukumura R, Gondo Y
  • 学会等名: The Allied Genetics Conference 2016 (TAGC2016)/30th International Mammalian Genomicss Conference (IMGC2016)
  • 発表場所: Orland, USA
  • 年月日: 2016-07-14 – 2016-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Accumulation and detection of germlline spontaneous mutations in C57BL/6JJcl inbred mouse strain. (selected for plenary presentation) (2016)
  • 著者名/発表者名: Gondo Y, Fukumura R, Mori K, Toyoda A, Ishitsuka Y, Makino S, Kotaki H, Nakai Y, Kuhara S, Fujiyama A
  • 学会等名: The Allied Genetics Conference 2016 (TAGC2016)/30th International Mammalian Genomicss Conference (IMGC2016)
  • 発表場所: Orland, USA
  • 年月日: 2016-07-14
  • 国際学会
• [学会発表] Another concern of genome editing: Protein expression from the targeted frameshift alleles by CRISPR/Cas9 system. (2016)
  • 著者名/発表者名: Gondo Y, Makino S
  • 学会等名: The 10 the Asian Mouse Mutagenesis and Resource Association (AMMRA2016)
  • 発表場所: Hakone-machi, Japan
  • 年月日: 2016-05-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マウスエクソームシーケンシングのためのコーディング配列濃縮法の検討 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小瀧逸人、福村龍太郎、Liu T、権藤洋一
  • 学会等名: 第63回日本実験動物学会総会
  • 発表場所: ミューザ川崎シンフォニーホール（川崎）
  • 年月日: 2016-05-19
• [備考] ゲノム編集の落とし穴 ― セントラルドグマが書き直される可能性も
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2016/20161226_2/
• [備考] リソースとゲノム１：カエルの子はなぜカエルになる？
  • URL: http://rtcweb.rtc.riken.jp/joyo2/D0825.html
• [備考] リソースとゲノム２：メンデルが認められなかったのはなぜ？
  • URL: http://rtcweb.rtc.riken.jp/joyo2/D0901.html
• [備考] リソースとゲノム３：遺伝子の発見はバイオリソースが鍵！？
  • URL: http://rtcweb.rtc.riken.jp/joyo2/D0908.html
• [備考] リソースとゲノム４：ふたごも実はウリ二つではなかった！？
  • URL: http://rtcweb.rtc.riken.jp/joyo2/D0915.html