MRC分子生物学研究所

MRC分子生物学研究所

2013 年 6 月にケンブリッジシャー ガイド付きバスウェイ橋から見た LMB の新ビル
略語	MRC LMB
位置	ケンブリッジ、イギリス
座標	北緯52°10′35″ 東経0°08′35″ / 北緯52.1763° 東経0.1430° / 52.1763; 0.1430
フィールド	分子生物学
監督	ヤン・レーヴェ
親組織	医学研究評議会
Webサイト	英文

医学研究会議（MRC）分子生物学研究所（LMB ）は、イギリスのケンブリッジにある研究所で、1950年代から60年代に起こった分子生物学の革命に関与した。それ以来、同研究所は科学的発見の最前線に立つ主要な医学研究研究所であり、多分野にわたる方法を用いて原子、分子、細胞レベルでの主要な生物学的プロセスの理解を深めることに専念し、この知識を人間の健康における主要な問題に対処するために使用することに重点を置いている。^{[1] [2] [3]}

ケンブリッジバイオメディカルキャンパスの元の敷地の近くに建設された新しい代替ビルは、2013年5月にエリザベス2世女王によってオープンされました。 ^[4]新しいビルの外の道路は、 1962年のノーベル賞共同受賞者であり、LMBの卒業生で、 1953年にDNAのらせん構造を共同発見したフランシス・クリックにちなんで、フランシス・クリック・アベニューと名付けられました。 ^[5]

マックス・ペルーツは、学部で有機化学を学んだ後、1​​936年にオーストリアを離れ、ケンブリッジ大学で博士号取得を目指し、JD・ベルナル率いるX線結晶学グループに加わった。ここキャベンディッシュ研究所で、彼はヘモグロビンに関する生涯にわたる研究を開始した。ラザフォード卿の死去に伴い、X線結晶学の先駆者である後継者のローレンス・ブラッグが1938年にキャベンディッシュ物理学教授に就任した。ブラッグは、初期の頃からペルーツとそのグループの主要な支援者となった。

第二次世界大戦後、多くの科学者が物理学の分野から生物学へと転向し、新たな考え方と専門知識を持ち込んだ。1946年、ジョン・ケンドリューはペルッツのグループに加わり、ヘモグロビンに密接に関連するタンパク質、ミオグロビンを研究した。1947年、医学研究会議（MRC）は、事務局長ハロルド・ヒムズワースの指導の下、「生物システムの分子構造研究のためのMRCユニット」を結成し、支援することを決定した。1948年までに、筋肉を研究するヒュー・ハクスリーも加わったこのグループには、1949年に、当初はタンパク質結晶構造解析に取り組んでいたフランシス・クリックが加わった。1951年には、ジェームズ・ワトソンが加わった。

1953年は奇跡の年でした。ワトソンとクリックがDNAの二重らせん構造を発見し、生物学的情報が線状構造にコード化されていること、そしてこの情報が細胞分裂中に複製される仕組みを明らかにしました。ペルッツは、ミオグロビンやヘモグロビンなどのタンパク質の詳細な3次元構造は、原理的には重金属原子標識技術を使用したX線分析によって解明できることを発見しました。ヒュー・ハクスリーは、筋肉の収縮がスライディングフィラメント機構によって機能することを発見しました。

1957 年、グループの名前が「MRC 分子生物学ユニット」に変更されました。また、同年、 ヴァーノン・イングラムが鎌状赤血球貧血症という病気がヘモグロビン分子の 1 つのアミノ酸の変化によって引き起こされることを発見し、シドニー・ブレナーがユニットに加わりました。1958 年、クリックのレビュー「タンパク質合成について」が発表され、分子生物学のセントラルドグマである配列仮説とアダプター仮説が初めて提示されました。1961 年、ブレナーはメッセンジャー RNA の発見に貢献し、同年、彼とクリックは遺伝暗号が 3 つ組で読み取られることを確立しました。

この作業はすべて、キャベンディッシュ研究所内の1階建ての仮設建物（ハット）、オースティン棟のいくつかの部屋、ガラス張りの部屋（グリーンハウス）、そして密閉された短い廊下（ギャラリー）で行われました。^[6]

MRCはケンブリッジ郊外に新しい研究所（LMB）を建設し、1962年初頭にキャベンディッシュ研究所のユニットがそこに移転した。さらに、大学の生化学科に所在していたフレッド・サンガーのユニットと、ロンドンのアーロン・クルーグが加わった。サンガーはタンパク質中のアミノ酸の配列を決定する方法を発明し、 1958年にインスリンの最初のタンパク質配列によりノーベル化学賞を受賞した。新しい研究所は1962年にエリザベス2世女王によって開設された。その年の後半、ケンドリューとペルーツはノーベル化学賞を、クリックとワトソンはノーベル生理学・医学賞を共同受賞した。LMBの建物は1970年代に建設された新しいアデンブルック病院複合施設に組み込まれた。^[7]

新しいLMBはペルツを委員長とし、ケンドリュー率いる構造研究部門、クリック率いる分子遺伝学部門、サンガー率いるタンパク質化学部門の3部門から構成されていた。科学者は全部で約40人だったが、米国からのポスドクの大量流入により、この数は急速に増加した。^[6]

1960年代には、分子生物学が世界中で栄え、1950年代の骨格に肉がついたようなものだった。一連のタンパク質の詳細な3D原子構造とその機能が推定された。これらにはミオグロビン、ヘモグロビン、キモトリプシンが含まれ、最後のキモトリプシンはデイビッド・ブロウが解明した。遺伝暗号は、世界中の証拠からクリックがまとめた。メッセンジャーRNAの句読点信号（RNAをタンパク質配列に翻訳する際の始点と終点）は、ポスドク研究員のジョーン・A・スタイツが発見した。^[8]クリックは、tRNA分子（彼が最初にアダプターとした分子）がメッセンジャーRNAを読み取る仕組みを、彼の「ゆらぎ仮説」で示唆した。サンガーは、 RNA分子の配列決定の新手法を考案し、その後DNA分子の配列決定にも応用した（これにより1980年に2度目のノーベル化学賞を受賞した）。その後、この流れはゲノム全体の配列決定にまで広がり、ジョン・サルストンが重要な役割を果たしました。tRNA前駆体分子がどのようにして機能的なtRNAに加工されるかは、ジョン・スミスとシド・アルトマンによって解明され、これが後にリボザイムの発見につながりました。最初のtRNA分子の原子構造が解明され、ジンクフィンガーがクルーグ（1982年にノーベル化学賞を受賞）によって発見されました。ATP合成酵素の構造はジョン・E・ウォーカーとアンドリュー・レスリーによって解明され、ウォーカーは1997年にノーベル化学賞を共同受賞しました。^[6] 1990年、永井潔は最初にX線結晶構造解析を用いて、後に極低温電子顕微鏡を用いてスプライソソームの構造を解読する研究を開始し、^[9] 2016年に彼のグループは、触媒反応直後の完全に活性な基質結合状態で捉えられたスプライソソームの最初の構造を発表しました。^[10]リボソームの構造はベンカトラマン・ラマクリシュナンによって解明され、2009年にノーベル化学賞を共同受賞しました。^[11]

1960 年代の終わりごろには、分子生物学で非常に成功したアプローチを使用することで、生物学における新たな問題を解決できると思われました。

シドニー・ブレナーは1965年に線虫C.エレガンスの遺伝学の研究を始めました。このグループは、今日ではC.エレガンス研究の中核をなす多くの外国人訪問者を加えて拡大しました。サルストンはこの小さな線虫の細胞系統を決定し、ジョン・グラハム・ホワイトはその神経系の配線図全体を解明しました。細胞系統の解明に協力したロバート・ホルヴィッツは、2002年にブレナー、サルストンと共にノーベル生理学・医学賞を受賞しました。ジョナサン・ホジキンは、性決定を制御するC.エレガンスの遺伝子経路を確立しました。ジョン・ガードンは、mRNAを翻訳するためにカエルの卵母細胞を利用する方法を開発し、発生中も遺伝情報が損なわれないことを示す初期の研究により、2012年のノーベル生理学・医学賞を共同受賞しました。

ピーター・ローレンスはパターン形成を研究するようになり、ショウジョウバエの区画がハエの体制をどのように決定するかの解明に貢献しました。彼の影響を受けて、クリックも形態形成の勾配とそれが生物学的パターンの特定にどのように役立つかに興味を持つようになりました。

セザール・ミルシュタインは長年にわたり抗体の変異に関する研究を行っていました。これにジョルジュ・ケーラーが加わり、2人はモノクローナル抗体の作製方法を発見しました。この功績により、2人は1984年にノーベル生理学・医学賞を共同受賞しました。この分野はグレッグ・ウィンター^{[12]によって拡張され、ウィンターは}ファージディスプレイを用いた抗体工学の先駆者となり、新しいヒト抗体や抗体断片の作製により2018年にノーベル化学賞を共同受賞しました^[13]。モノクローナル抗体とその断片は、現在、医学的に非常に重要なものとなっています。

マイケル・ニューバーガーは、活性化誘導（シチジン）デアミナーゼによって抗体の多様化が起こるメカニズムを発見しました。この基本的な発見は、生物が新しい病原体を認識するために多様な抗体のレパートリーを生成する分子メカニズムを理解するための要です。これは、生理学における誘導性突然変異誘発と DNA 修復の役割を理解する上で、より広い意味で重要です。最後に、ニューバーガーによって解明された分子メカニズムは、乳がんにおけるカタエギスの変異パターンを理解する上で非常に重要である可能性があります。悲しいことに、マイケル・ニューバーガーは骨髄腫で亡くなりました。その皮肉は彼にとって明らかでした。

古典的な分子生物学の重点は細胞生物学と発生に移り、分子遺伝学部門は細胞生物学と改名されました。マーク・ブレッチャーは、ヒト赤血球膜におけるタンパク質の位相的配列とそのリン脂質非対称性を発見しました。リチャード・ヘンダーソンとナイジェル・アンウィンは、 2次元配列の構造を決定するために電子結晶構造解析を開発し、これを細菌の紫色タンパク質であるバクテリオロドプシンに適用しました。バーバラ・ピアースは、エンドサイトーシス中に形成される構造であるクラスリン被覆小胞の主要成分を発見し、その周囲のケージ状格子の低解像度構造を決定しました。タンパク質が細胞のさまざまな部分（小胞体、ゴルジ体、または細胞膜など）に局在する方法と、これが細胞極性に果たす役割は、ブレッチャー、ヒュー・ペルハム^[14]、ショーン・マンローによって解明されています。紡錘体極体（酵母細胞内の大きな構造で、有糸分裂中に染色体が移動する焦点として機能する）は精製され、ジョン・キルマーティンによって低解像度の構造が推定されました。^[15]

染色体の構造は、継続的な関心の対象となっています。これは、 DNA の凝縮の最初の段階であるヌクレオソームを発見した訪問者のロジャー・コーンバーグによって始められ、DNA のより高次の折り畳み構造を理解することに引き続き重点が置かれています。

1993 年に、幅広いテーマを扱う神経生物学の新しい部門が設立されました。ナイジェル・アンウィンは電子結晶構造解析をさらに発展させ、多くのニューロンを活性化するアセチルコリン受容体の構造を解明しました。 ミシェル・ゴーダートはアルツハイマー病に関連する変異タンパク質を特定しました。

科学の進歩は多くの場合、技術の進歩に依存しています。LMBはこれらの多くにおいて最前線に立ってきました。主な例としては、核酸配列解析、タンパク質および抗体工学、新しいX線装置の構築、走査型共焦点顕微鏡の発明などがあります。^[6]

LMB は意図的にシンプルな管理環境を持っています。^[16] LMB の外部では、親会社の MRC が 5 年ごとの評価が軽いものになるようにしました。外部委員会は、過去の業績の簡単な説明と将来の計画の方向性を示すことだけを求めました。彼らの勧告は単なる助言であり、部門のリーダーは業務の運営方法について自由に決定できました。彼らが最もよく知っているとみなされていました。^[要出典]

LMB 内で物事を整理するペルツの基準は、科学を行う行為があらゆるレベルで促進されるべきであるというものでした。LMB には単一の予算があり、個人の予算や機器はなく、すべてが共同でした。最先端の機器があり、MRC から十分な資金提供を受けていました。^[要出典]化学試薬、ガラス器具、その他の消耗品は、署名のみで単一の倉庫から引き出すことができました。研究室の円滑な運営の鍵となったのは、日々の運営を担当していたマイケル・フラーでした。^[17]

あからさまな階層構造はなく、誰もがファーストネームで呼び合う仲だった。研究室のメンバーのほとんどは食堂で自由に集まり、それが部門間のコミュニケーションとコラボレーションに役立っていると言われていた。^[6]現在、LMBには約450人の科学者がおり、そのうち130人はポスドク研究員、110人は学生である。新しい建物（ケンブリッジバイオメディカルキャンパスにある）は2013年にオープンし^[4]、LMBの科学者にちなんで名付けられた4つのセミナールーム、シドニー・ブレナー、アーロン・クルーグ、セザール・ミルスタイン、フレデリック・サンガーと、故マックス・ペルッツにちなんで名付けられた講堂がある。

2024年現在、^{[アップデート]}約50名のグループリーダーがいます^{[12] [18]グループは、LMBの4つの部門（}細胞生物学、神経生物学、タンパク質および核酸化学および構造研究）のいずれかに属しています。グループリーダーには次の人々が含まれます。

LMBには、正式に退職した後も研究所で研究を続ける名誉科学者も数多く在籍しています^[18]。その中には次のような人々が含まれます。

LMBの科学スタッフで、個人または共同でノーベル賞を受賞した者^{[31] [32] [33]}は以下のとおりです。

LMB で行った、または開始した仕事でノーベル賞を受賞した訪問者および卒業生には、次の方々が含まれます。

^[49]

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