男性の遺伝子は消滅しつつあるのでしょうか？新たな研究により、ヒトのY染色体の遺伝的謎が明らかに...

Y染色体は、男性の特徴を決定し、精子を生成する遺伝子を運ぶため、男性の真の根源です。

Y染色体は小さく、見た目も非常に奇妙です。 Y染色体は遺伝子が非常に少なく、逆DNA断片と反復DNA断片で満ちているため、配列決定が非常に困難です。かつてはY染色体の包括的な配列決定は不可能な作業だと考えられていました。

しかし最近、最新の「ロングリード」シーケンシング技術により、ついにY染色体全体にわたる完全な遺伝情報が明らかになり、世界中の男性の数十のY染色体の包括的かつ信頼性の高いシーケンシングが実現しました。

この困難で画期的な研究は、今年8月にネイチャー誌に掲載されました。研究チームは、この研究が性遺伝子と精子遺伝子の作用メカニズムの探究、Y染色体の進化の理解、そして予測通り数百万年以内にY染色体が消滅するかどうかの分析に役立つだろうと述べている。

SRYは男性の成長を導く

人間や他の哺乳類の出生時の性別は特定の染色体によって決定されるということは、約 60 年前から知られています。女性には一対の X 染色体があり、男性には 1 本の X 染色体とそれよりはるかに小さい Y 染色体があります。

Y染色体は、胚の内部細胞隆起を精巣に発達させるSRYと呼ばれる遺伝子を持っているため、男性の性別を決定します。胎児の精巣は男性ホルモンを生成し、男児の男性的特徴の発達を促します。

XX 胚には Y 染色体と SRY 遺伝子がないため、同じ細胞の隆起が卵巣に発達します。その後、エストロゲンは女児の女性的特徴の発達を促します。

Y染色体はDNAのゴミ捨て場ですか？

前述したように、Y 染色体は、X 染色体や他の 22 本の常染色体と比べて非常に独特です。これは非常に小さく、非常に少ない遺伝子数（X 染色体上の約 1,000 個の遺伝子と比較するとわずか 27 個）しか持ちません。

Y 染色体遺伝子には、SRY、精子生成を指示する少数の遺伝子、および生命に必須と思われる多数の遺伝子が含まれており、その多くは X 染色体上に対応する遺伝子があります。

精子遺伝子 RBMY や DAZ を含む多くの Y トランスジェニック遺伝子は、複数のコピーで存在します。さらに、前述のように、DNA 配列の反転や欠失もよく見られます。

Y 染色体には、生物学的特徴に寄与しないと思われる DNA 配列も多数含まれています。この「ジャンク DNA」は、古いウイルスの断片、死んだ遺伝子、および単純な塩基の繰り返しから生じる、高度に反復的な配列で構成されています。

Y 染色体の大部分は、塩基の大きな繰り返し配列で構成されています。蛍光染料と結合して、顕微鏡で観察できるようになります。

Yは変だ

Y染色体はなぜそれほどユニークなのでしょうか?物語は進化から始まります。

1億5千万年前、X染色体とY染色体は（鳥類やカモノハシでは現在もそうであるように）単なる普通の染色体のペアであり、常染色体と同様に両親から1つずつ提供され、互いに区別がつかなかったという圧倒的な証拠がある。

その後、この染色体ペア上の SRY 遺伝子が進化し、新しい原始的な Y 染色体 (プロト Y) が定義されました。定義上、この原始 Y 染色体は永久に精巣に限定され、多数の細胞分裂とほとんど修復されないために一連の突然変異を起こします。

元々の Y 遺伝子は急速に減少し、100 万年ごとに約 10 個の活性遺伝子が失われ、現在では 1,000 個からわずか 27 個になっています。染色体の片方の端にある小さな「擬似常染色体」領域は、X 染色体と同一の元の形で保存されています。

この減少が続くかどうかについては多くの議論があり、このペースでいくと、数百万年以内にすべての人類において Y 遺伝子導入が消滅することになる (げっ歯類ではすでにそうなっている) からです。

技術のアップグレードがシーケンスのブレークスルーを推進

ヒトゲノムの最初のドラフトは 1999 年に完成しました。それ以来、科学者はすべての常染色体と X 染色体 (いくつかの染色体が欠落しているのみ) の配列を解読することに成功しました。

彼らはショートリードシーケンシングと呼ばれる手法を使ってこれを行いました。これは、DNAを約100塩基の小さな断片に切断し、それをジグソーパズルのように再構成するものです。 。

Y染色体はX染色体よりはるかに小さい

もちろん、新しい技術によって単一の長い DNA 分子に沿って塩基を配列し、数千塩基の長い読み取り値が得られるようになったのはごく最近のことです。これらの長い読み取りは区別が容易であり、したがって組み立ても容易です。これにより、科学者はY染色体上の不可解な反復とループを解明することができました。

Y染色の変化

今年3月、国立ヒトゲノム研究所のバイオインフォマティクス専門家アダム・フィリップ氏とテロメア・トゥ・テロメア・コンソーシアム（T2T）は、Y染色体を除いたヒトゲノムの完全な配列を報告した。当時、T2Tアライアンスはソーシャルメディア上で、Yトランスフェクション配列を習得したと発表しました。

ネイチャー誌に掲載された新しい論文によると、Y染色体の6200万塩基の複雑な配置が完全に解明され、これまでの配列解析で欠落していた3000万塩基の情報が置き換えられたという。

フィリップ氏らはネイチャー誌に論文を発表しただけでなく、同時に別の論文も発表した。この論文では、人間の遺伝的変異をサンプリングすることを目的として、世界中の21の異なるグループの男性のY染色体43本の配列を解析した。

研究チームは43本のY染色体の配列を解析した結果、それらには大きな遺伝的差異があることを発見した。チームメンバーの一人、チャールズ・リー氏は次のように語った。

Y染色体上のいくつかの遺伝子のコピー数の違いに驚きました。たとえば、男性AのY染色体には、精子形成に関与すると考えられているTSPYと呼ばれる遺伝子のコピーが23個ありますが、男性BのY染色体にはTSPYのコピーが39個あります。

さらに、Y染色体の反復頻度の高い領域のサイズと構成にも違いがあることがわかった。

上の図は、Y染色体のサイズが個人によって大きく異なることを示しています。

遺伝学者マーク・ジョブリング氏（この研究には関わっていない）は、Y染色体上のDNAの構成と保存状態から、Y染色体は消失するほどには退化していないことが示唆されると指摘している。 「この論文は、Y染色体の遺伝子内容が本質的に保存されていることを証明しており、Y染色体が依然として退化しており、消滅する運命にあるという考えを完全に覆すものである。」

これらの変異が男性の生殖能力やその他の特徴に影響を及ぼすかどうかはまだ明らかではない。しかし、それらの存在を知ることは、その後の研究の基礎となります。研究者は、Y染色体の変異と、Y染色体に関連する膀胱がんなどの健康問題との関連性を明らかにするために、大規模な研究を実施できるようになりました。

参考文献

[1]「奇妙な」男性のY染色体の完全な配列がついに解読された。それがどのように機能し、どのように進化してきたかを理解できるでしょうか?

企画・制作

ソース |世界科学

編集者 |ビプスター

編集者 |ヤン・ヤピン