近交系数 (coefficient of inbreeding)

非常に小さい集団では、血縁関係のある個体同士の交配が行われます。これを近交 (inbreeding)といいます。近交の程度は、近交係数 (coefficient of inbreeding)で表します。

近交係数とは、ある個体の任意の遺伝子座位において2つの対立遺伝子が同一である確率、です。the probability that the two genes at any locus in an individual are identical by decent.

少し専門的ですが、この [identical by decent]とは、祖先が持っていたある対立遺伝子のコピーが、近交が起こった結果、次世代あるいはそれ以降の世代で「同一の」対立遺伝子のホモ接合となったことを言います。two genes that have  originated from the replication of one single gene in a previous generation may be called identical by descent or simply identical.

そのため、近交係数とは、以下のように定義されます。

「1個体がある遺伝子座位についてホモ接合体であって、しかもその二つの対立遺伝子が共通祖先にあった1つの対立遺伝子に由来したものである確率」

実験動物のマウスやラットでは、兄妹交配を20世代以上行うことで、様々な近交系 (inbred strain) が作製されています。このような近交系では、近交係数が0.986以上になると言われています。

参考資料
Introduction to quantitative genetics (Falconer & Mackay)
人類遺伝学―基礎と応用―改訂第2版（金原出版）

ミスセンス変異によるタンパク質の機能変化の予測

遺伝子のタンパク質コーディング配列に点変異が生じ、その結果コドンが変化し、蛋白質のアミノ酸が置換するような変異をミスセンス変異(missense mutation)と言います。

ミスセンス変異によるアミノ酸の置換が、タンパク質の機能に影響をおよぼすかどうかを、in silicoで予測することができます。

予測プログラムは、予測方法によって、以下の３つグループに分けられます。


１．進化的に保存された配列に基づく方法(sequence and evolutionary conservation-based methods)
進化の過程で保存されている領域はタンパク質の構造や機能に重要であるという予測にもとづく。
SIFT, Align-GVGD, PANTHERなど

２．タンパク質の配列と構造に基づく方法(protein sequence and structure-based methods)
置換前のアミノ酸と置換後のアミノ酸の性質が似ていれば、タンパク質の構造に変化を及ぼしやすく、反対に、似ていなければタンパク質の構造に変化を及ぼすと考えられる。アミノ酸置換によってタンパク質の構造に変化が生じるかを予測。
PolyPhen-2など

３．ニューラルネットワークを用いた学習に基づく方法(supervised-learning methods)

疾患に関連する変異と関連するとは知られていない変異のデータセットを用いて学習させる。
PMut, SNAP, PhD-SNPなど


参考
Misense Prediction Tool Catalogue

出物アサガオ

夏になるとアサガオ市が各地でひらかれます。そこでは、珍しいアサガオをみることができます。
このような珍しいアサガオを出物というそうです。

ナショナルバイオリソースプロジェクト（NBRP)は、ライフサイエンス研究に用いる生物資源を整備するプロジェクトですが、その中にアサガオも含まれています。

以前、NBRPアサガオからアサガオの種をいただきました。昨年それらを蒔いたところアサガオの”出物”をみることができました。

別の株からとった種を今年も蒔いてみます。

系統によって種の色も違います。
例えば、系統名Q0146は黄白、Q0623は黒、Q0674は茶といったぐあいです。

それぞれの系統が複数の突然変異をもっています。
どんな変異を持っているかはNBRPアサガオのデータベースで検索することができます。
Q0146
Q0623
Q0674


さて、今年は、本日朝に種を蒔きました。
出物がちゃんとでるでしょうか。

Slc:Wistar － 日本エスエルシーのウィスター

日本で入手できるアウトブレッドラット（その５）です。

Slc:Wistarは日本エスエルシー社が生産しているウィスターラットです。

1968年に東京大学医科学研究所から導入されました。

10週齢で、雄250g前後、雌150g前後と比較的小型です。

このSlc:Wistarラットは確かにアウトブレッドラットですが、その遺伝的組成はF344(Fischer)ラットと非常に似ていることが以前から指摘されています。
例えば、成長曲線、生存率、腫瘍の発生部位や頻度などがF344ラットと類似していることが指摘されています。また、Slc:Wistarで得られた白血病細胞がF344ラットに移植できることから免疫系の類似点も指摘されています。

毒性学の分野では、Slc:WistarはF344に非常に似ているということはよく知られているようです。
内閣府の食品安全委員会の農薬専門調査会評価第二部会の委員のひとりがこんなことをおっしゃています。

「・・・このSlc:WistarはもともとFischerラットですので、・・・」
食品安全委員会　農薬専門調査会　評価第二部　第21回会合議事録　20ページ


我々の研究から、ゲノムレベルでも、Slc:WsitarとF344ラットが非常に似ていることが判明しつつあります。

参考資料
日本エスエルシー株式会社カタログ
Maekawa et al., J Toxicol Sci 8:279-290, 1983
Tayama et al., Exp Anim 35:65-76, 1986
Yagami et al., Exp Anim 40:407-410, 1991

Jcl:Wistar ― 日本クレアのウィスター

日本で入手できるアウトブレッドラット（その４）です。

Jcl:Wistarは日本クレア社が生産している2種類のウィスターラットのうちのひとつです。
もう1種類は、BrlHan:WIST@Jcl(GALAS)というものでした。

Jcl:WistarはWistar研究所（米国）に由来します。
1970年にCarworth Farm（英国）より導入されました。

カタログ等によりますと
12週齢で、雄300g前後、雌200g前後。
中型。

各種要因に対して優れた感受性があり、特に学習能力に優れている。
行動薬理、毒性、薬理、薬効試験や安全性試験など、幅広い分野の研究に使用されている。

104週生存率は、雄で75.4%、雌で44.8%

導入後、40年以上経過していますので、ある程度近交化が進んでいると思われます。
以前、我々はこのJcl:Wistarラットでは、ピンクアイダイリューションという毛色変異遺伝子がホモに固定していることを見つけました(Kuramoto et al, Mammalian Genome 2005)。
Jcl:Wistarはアルビノなので、毛色変異を持っていてもその効果が表現型として見えません。
ところが、有色のラットと交配するとこの毛色変異の効果が表に現れます。

我々がこのことに気付いたのは偶然でした。
Jcl:Wistar由来のアルビノのKaken Hairless Rat (KHR)というラットと有色のBrown Norway (BN) ラットとの交配実験を行ったときに、毛の色が薄くて、ピンク色の眼をしたラットが生まれてきたのです。
BNラットはピンクアイダイリューション変異を持っていないので、KHRラットがこの変異を持っていることは確実でした。そして、その由来となったJcl:Wistarまでもがピンクアイダイリューション変異を持っていることが判明したのです。


参考資料
日本クレア株式会社総合カタログ
日本クレア株式会社ホームページ

Crl:WI (Han) ― チャールス・リバー社のウィスター・ハノーバ

日本で入手できるアウトブレッドラット（その１）です。

日本チャールス・リバーが生産しているウィスターラットは、2種類あります。
ひとつが、このCrl:WI (Han)、もうひとつが、Crlj:WIです。

もともとは、ドイツハノーバのZentral Institut fur Versuchstierzucht (実験動物繁殖中央研究所）のウィスターハノーバ(Han:WIST)に由来します。
このウィスターハノーバラットがスイスのBRL(Biological Resource Laboratories)に移され、Glaxo Wellcomeに供給。

1996年にチャールスリバーUKに導入。
1997年にチャールスリバーUSAに移動。
2007年に日本チャールスリバーに導入。

10週齢体重が、雄で約250g、雌で約180g　と小型
生存率は104週で75%程度
平均産子数は9-10匹/腹

安全性、発がん性、老化などの分野で利用されています。

ある物質ががんを作るかどうかをラットを用いて試験します（がん原性試験）。
しかし、がんが体の中にできるには時間がかかります。そのため、使用するラットは長生きの方が試験期間中の歩留りがよく、経済的で、好まれます。

Wistar Hannoverラットは、生存率が2年で約75%と高いので、このような時間のかかる試験（がん、老化など）に適しているとされています。

Hannoverという名前からわかるように、Wistar Hannover ラットは主にヨーロッパにおいて安全性試験等に用いられてきました。このラットを毒性・薬理学分野での安全性試験でもちいる国際標準ラットとするための動きがありました。

しかし、アウトブレッドラットは遺伝的な統御が難しいので、繁殖集団が小さくなると瞬く間に繁殖コロニー間で分岐がおこります（遺伝的浮動を参照）。

そこで、生産コロニー間でラット同士をやりとりし、各コロニーを遺伝的組成を均一化する試みがなされています。この試みのうちチャールスリバー社で行われている遺伝管理方法を、International Genetic Standardization (IGS) といいます。

IGSの目的は、生産過程における近交化を最小限にし、ヘテロ接合性を維持し、コローニー間の分岐を回避することです。

別名
Wistar Han
Wistar Hannover
Hannover Wistar
Crl:WI(Glx/BRL/Han)IGS


参考文献
日本チャールス・リバー株式会社2014総合カタログ
日本クレア株式会社総合カタログ

アウトブレッドとは、

ある集団が一定の大きさで維持されている実験動物では、「遺伝的浮動」によって、遺伝子組成に変化が出る可能性について述べました。

実験動物関連で、「遺伝的浮動」の影響を受けやすい集団とは、どのような集団でしょう。
条件としては、集団のサイズが限定されており、ヘテロ性が残存している集団です。

それは、アウトブレッド(outbred)と呼ばれる集団です。

アウトブレッドとは、インブレッド(inbred; 近交系）に対する語で、”遺伝的に明確ではない”集団のことをいいます。
例えば、マウスではCD-1, ICR, ddYなど、ラットではWistar, SDなどです。

ヘテロ性が残存していると考えられるので、雑種強勢(hybrid vigor)を示します。例えば、寿命が長い、病気に強い、性成熟が早い、産子数が多い、新生児の死亡率が低い、速い成長、サイズが大きいなどの形質を示します。

近交系に比べ、生産効率が良いので、安価です。そのため、様々な分野で汎用されています。

アウトブレッドの交配は、人為的な選抜を極力避けるよう、ランダム交配によります。しかし、本当にランダムな交配というのは不可能です。そこで、ローテンションシステムという方法で交配します。

要するに、世代を経ても、遺伝子頻度が変化しないように、交配方法を工夫します。
「遺伝的浮動」は避けられないものですが、その影響を極力小さくするために集団のサイズを大きくしています。

参考文献
Mouse Genetics concepts and applications p42

遺伝的浮動, random drift, genetic drift

集団の遺伝子頻度が世代間で偶然に変動することを「遺伝的浮動」といいます。

「遺伝的浮動」は、次世代に寄与する配偶子が無作為に抽出されることによって起こるので、遺伝子頻度は世代ごとに変化し、その変化の方向性もありません。

変化の程度は、集団のサイズが小さいほど大きくなります。
例えば、N個体からなる集団であれば、集団の平均ヘテロ接合体頻度は、1/2Nずつ減少します。

100個体からなる集団であれば、一世代ごとに1/200=0.5%づつヘテロ接合体の頻度は減少しますが、10個体からなる集団であれば、5%づつヘテロ接合体の頻度は減少します。

つまり、100個体であれば、0.5%ずつホモ接合体が現れるのに対し、わずか10個体の集団であれば毎世代5%ずつホモ接合体が現れることになります。

遺伝子頻度の変化にも方向性がないわけですから、集団が小さければ、数世代後には思いよらない遺伝子頻度をもった（それもホモ接合体の多い）集団に変化（化けている）可能性があります。

ある集団が一定の大きさで維持されている実験動物に当てはめてみましょう。
この場合、この集団の遺伝的組成は、数年前と現在とでは異なっている可能性があります。
そして、実験動物の遺伝的な組成は、表現型に影響を与えるものですから、実験の再現性にも影響が出てくる可能性があります。


参考文献岩波生物学辞典第4版 p81
Introduction of quantitative genetics (forth edition) p48