ヒトゲノムの最後の欠片が解読された

ヒトゲノムの最後の欠片が解読された

https://www.popsci.com/science/human-y-chromosome-full-sequence/

ヒトのY染色体に隠された謎が今、明らかになりつつある。

ジョセリン・ソリス＝モレイラ｜2023年8月23日 15時32分配信

サイエンス

健康
ヒトの染色体を紫と青で可視化したもの。
Y染色体の欠落した詳細をすべて埋めるには、およそ100年かかった。ダリル・レジャ、NIH国立ヒトゲノム研究所。
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Y染色体は、そのマッチョな意味合いとは裏腹に、ヒトゲノムの46本の染色体の中でも最も小さな染色体である。ヒト細胞の全DNAのわずか2％を占めるにすぎない。しかし、Y染色体は無限に塩基が繰り返されているように見えるため、遺伝子配列を決定するのが最も困難な染色体のひとつである。科学者たちは当初、Y染色体は精子を作るのに適した遺伝子の荒れ地に過ぎないと考えていた。

しかし、実際はまったくそうではない。遺伝子技術が進歩するにつれ、Y染色体の重要性に対する理解も深まっている。例えば、高齢男性におけるY染色体の喪失は、ガンやその他の慢性疾患のリスク上昇と関連している。Y染色体の遺伝子は、複数の生物学的プロセスに何らかの形で関与している。しかし、何十年もの間、Y染色体の半分以上は解読されないままであり、ヒトの健康におけるその役割は謎のままであった。

その謎の時代が終わろうとしている。遺伝学者が初めてY染色体の完全な塩基配列を決定したのだ。国際的なテロメア・ツー・テロメア（T2T）コンソーシアムにより、新たに3000万塩基対以上のデータが追加され、新たに41のタンパク質をコードする遺伝子が同定された。本日『ネイチャー』誌に掲載された2つの研究は、これらの発見を詳しく説明し、この染色体がどのように我々の生殖や進化、さらには腸内細菌叢に影響を及ぼすかを説明している。

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「カリフォルニア大学サンフランシスコ校の医学部教授で、ヒトのY染色体を研究しているが、今回の研究には参加していないクリス・ラウは言う。「過去にY染色体にはジャンク物質がたくさん含まれていると考えられていたのと同じように」。

100年かけて描かれた絵
1905年にY染色体が発見されてから、生物学者がY染色体の構造を完全に組み立てるまでに100年以上かかった。最初のヒトゲノムは2003年4月に完成したが、Y染色体の大部分を含む未知のギャップが残された。

この染色体は繰り返しが多いため、再構築が困難であった。カリフォルニア大学サンタクルーズ・ゲノミクス研究所の副所長で、T2Tコンソーシアムの共同リーダーであるカレン・ミガは言う。これらは前から後ろまで同じであるため、回文として知られている。

Y染色体は、この46本の対になった構造の中で最も小さいもののひとつである。
Y染色体は46本の対になった構造の中で最も小さい。国立ヒトゲノム研究所
すべての染色体には遺伝子に繰り返しがあるが、Y染色体はその量が異常に多い。これらを組み立てるには、手間と費用がかかる。「というのも、このような本当に複雑な繰り返しを再構築するための適切なツールがなかったからです」とミガは言う。

ロングリード配列決定技術と計算アセンブリー法の新たな進歩により、各反復配列を順番に並べることが容易になった。例えば、研究チームは、DNAの断片が逆順に挿入される逆位がどこで起こるかを正確に特定できるようになり、その技術を用いて他の逆位を見つけることができるようになった。

何百万もの空白を埋める
この新しい技術によって、現在のヒトゲノムプロジェクトでは欠けていた3000万以上の塩基対が追加され、Y染色体の塩基対は合計で62,460,029塩基対となった。Y染色体には、他の染色体には見られない独特のDNA配列があるとミガは言う。彼女は、この構成の背景にある進化的な理由と、染色体の一部がヒトの機能にどのように対応しているかを理解するためには、膨大な数の新しい生物学が必要だと考えている。

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研究チームはすでに、科学の再構築に向けて前進している。新たに発見されたこれらの配列は、ヒトゲノム参照配列に見られるいくつかの間違いや仮定を修正した。また、Y染色体がどのようにヒトの生命を形作っているかについての新たな洞察も得られた。

「これはヒトゲノムの分野において非常に重要な発見です」とラウは言う。

生殖能力とタンパク質
Y染色体には精子の生産を制御する遺伝子が多く含まれている。ミガによれば、新たに発見された反復ゲノム領域のいくつかは、そのプロセスにも関与しているという。"ヒトの間に存在する可能性のある違いを理解することは、不妊症のような事柄や、そのプロセスが時代を超えてどのように受け継がれていくのか、といったことに大いに役立つ可能性があります"。

Y染色体の塩基配列を決定したところ、新たに41個のタンパク質をコードする遺伝子が発見され、そのうちの38個はTSPYと呼ばれる遺伝子ファミリーの余分なコピーであった。これらの遺伝子は男性の性徴の発達にも関与している可能性があるが、正確な役割を特定するためにはさらなる研究が必要である。

人類の進化における変異
商業的な祖先調査サイトでは、Y染色体を用いて父方の血統を追跡している。この新しいDNA配列は、ヒトがどのように進化してきたかを解明するのに役立つだろう。つ目の研究では、遺伝学者たちが43人の遺伝的に多様な男性から採取したY染色体を調べた。その結果、個人間でかなりの遺伝的変異があることがわかった。

染色体のある部分では、その構成要素であるヌクレオチドは男性間で非常に類似していた。しかし、Y染色体の遺伝子が豊富な領域の半分では、大きな逆位を持つ変異率が大きく、ゲノムの他の部分よりも高い割合であった。このような遺伝的変異の違いは、何らかの重要な生物学的機能を保持するために進化した可能性があるが、それが何であるかは不明である。

細菌の混乱を修正する
遺伝子サンプルを分析する際、研究者はしばしばデータベースを使ってヒトDNAに属する配列をスクリーニングする。もしその配列が現在のヒトゲノムのモデルのどこにも見つからなかった場合、科学者たちはその物質がバクテリアのものであると結論付ける可能性が高い。今回の研究では、まだヒトのデータベースに登録されていないY染色体の塩基配列の一部が、バクテリアと誤認されたことが示された。

結局ジャンクではない
遺伝学者たちは、このデータの宝庫から発見を掘り起こし続けるだろう。Y染色体のさらなる分析によって、ヒトの健康と病気におけるこの染色体の関連性が明らかになるだろう。
この情報は「ヒトの進化と移動、法医学、そしてヒトの病気の診断と予後の開発における多くのトランスレーショナル・アプリケーションの研究に役立つだろう」とラウは言う。"特に、病気やガンなどにおけるY染色体のモザイク欠損の科学的理由"。

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