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第7回講義資料

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第7回
生体関連化学B
Chemical Biology
筑波大学数理物質系
横川 雅俊
Exam.
1. Translate James Watson and
Francis Crick's classic paper
that first describes the double
helical structure of DNA.
2. Summarize a paper related to
biotechnology, microscope,
protein folding/degradation,
and so on.
(only papers published in
2014-2015 are acceptable)
2
Exam.
 提出方法
[email protected]
件名に「生体関連化学レポート」と記載
 締切
2015/12/31
締切後でも受け付けますので、必ず提出して下さい
3
Endoplasmic reticulum (ER)
4
ER-associated degradation (ERAD)
5
1. Ubiquitin Proteasome Pathway (UPP)
6
2. Autophagy
タンパク質の大規模
分解システム
7
Quality control of proteins in cells
不良タンパク質の処理
・プロテアソーム
・オートファジー
新規に合成されるタンパク質の
3分の1が不良品
細胞内でタンパク質の品
質管理・分解機構が破綻
すると...
・オルガネラ病
・細胞の変性・死
・神経変性疾患
8
(フォールディング病)
タンパク質異常とオルガネラ病
オルガネラ
の機能
膜を介した
物質の移動
真核生物の細胞は種々の生体膜によって細胞小器官
(オルガネラ)を含む多くの区画に仕切られており、
それぞれの区画において特定の仕事がなされている 9
核膜孔複合体
10
タンパク質の輸送障害とオルガネラ病
• オルガネラ病
– タンパク質の細胞内輸送に起因し、オルガネラ
の形成障害や機能障害を主とする疾患
• リソソーム病
リソソーム: 不要になった種々の物質(タンパク質等)
の加水分解・消化を行う
• ミトコンドリア病
ミトコンドリア: ATP産生を行う
・エネルギー産生の低下にともない、多くのエネルギーを
必要とする脳や筋肉の細胞機能低下・死滅等
• ペルオキシソーム病
ペルオキシソーム: 過酸化水素の生成・分解を行う
• 小胞体ストレス病
小胞体: 各種分泌経路の入口
11
タンパク質異常と神経変性疾患
• 神経変性疾患
– 障害を受けた特定の神経細胞群が徐々に死滅
し、脳・神経機能が失われる病気
•
•
•
•
ハンチントン病(ポリグルタミン病)
パーキンソン病
アルツハイマー病
プリオン病
– 症状は多岐にわたるが、いくつかの共通点も
(1)
(2)
(3)
(4)
優性遺伝形式をとる疾患が極めて多い
発症が中年以降に起こり、進行性である
神経細胞の変性と脱落(消失・死)
世代を経る毎に症状が重篤化・発症の早期化
12
ハンチントン病 (Huntington's disease)
Hayanon's Science Comic Studio
13
ハンチントン病 (Huntington's disease)
• 遺伝性の難病で、手足が勝手に動いたり認
知症の症状が出たりする
– 脳の神経細胞が死んで体
が不自由になる病気
– 常染色体優性遺伝を示す
– 患者の神経細胞には「ハ
ンチントン」という異常
な形のタンパク質が溜ま
る
http://web.mit.edu/flybrain/littletonlab/2012%20Lab%20Website/HD.htm
14
ハンチントン病 (Huntington's disease)
• 遺伝性の難病で、手足が勝手に動いたり認
知症の症状が出たりする
– 原因遺伝子内に存在す
るCAGの繰り返し配列
が異常に伸長すること
で発症
– 神経細胞に変異したタ
ンパク質が凝集して細
胞死(アポトーシス)
を促すと考えられている
CAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAGCAG
15
健常者: 10-35リピート(平均17), ハンチントン病患者: 37-130リピート
ハンチントン病 (Huntington's disease)
• 原因タンパク質である「ハンチンチン」の
凝集体構造が細胞毒性を決定する
• アミロイドを形成
16
アルツハイマー病
17
アルツハイマー病(Alzheimer's disease)
• 認知機能低下、人格の変化を主な症状とす
る認知症の一種であり、認知症の60-70%
常染色体優性遺伝を示す
– 現在、進行を止めたり、回復する治療法は存在
しない
– 先進国において最も金銭的コストの高い疾患
– 大脳皮質にアミロイ
ドベータ (Aβ) とい
う物質が沈着して現
れる「老人斑」が特
徴
18
プリオン病(Prion diseas)
• 狂牛病,スクレイピー,クールー,
クロイツフェルト・ヤコブ病等の病原体
– 狂牛病を発症した牛は,脳細胞が死滅してスポンジ
のように穴だらけになり,徐々に運動機能が破壊さ
れ,100%の確率で死に至る
– 紫外線照射(DNA, RNA),乾熱滅菌・アルコール消
毒(細菌・ウイルス),タンパク質分解酵素,ホル
マリン処理を施しても感染力を失わない。塩素漂白
か焼却しか,消毒の手段がない
19
Prion(プリオン)
• スタンリー・プルシナー
– 1982年
病原体を「プリオン (Prion)」と命名
• タンパク質(Protein) + 感染(infection)
– 1997年
ノーベル医学生理学賞
正常プリオンタンパク質
異常プリオンタンパク質発生の分子機構
20
神経変性疾患に想定される共通分子機構
21
ヒトゲノムはコントロール可能であるか?
• 過去1万年の間、ヒトのDNAには大きな変異はな
かったが、速度の遅い(自然の)進化を待つまでも
なく、近いうちにヒトのDNAはより高度になるだ
ろう
<Stephen Hawking >
• 遺伝子工学そのものが悪者であるはずはなく、われ
われが遺伝子工学を悪用するときに限り倫理的配慮
が必要になる
<James Watson>
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