修士研究：ヒト、チンパンジー、マウスにおけるトリプレットリピートの網羅的解析 #修論

1. ヒト、チンパンジー、マウスにおけるトリプレットリピートの網羅的解析

2. ゲノムにおけるリピート  散在型反復配列  短散在型核因子（SINE）  長散在型核因子（LINE）反復配列  LTRエレメント約70%  DNAトランスポゾン  縦型反復配列  サテライトDNA  ミニサテライト  マイクロサテライト • 反復単位1-6 bp

3. ゲノムにおけるリピート  散在型反復配列  短散在型核因子（SINE）  長散在型核因子（LINE）反復配列  LTRエレメント約70%  DNAトランスポゾン  縦型反復配列  サテライトDNA  ミニサテライト  マイクロサテライト • 反復単位1-6 bp 反復単位が３つ組であるトリプレットリピートが注目される（例） ‥ CAG CAG CAG CAG CAG CAG‥ →CAGリピート

4. トリプレットリピート病  リピートの異常伸長がもたらす遺伝性疾患の総称 CAG ポリグルタミン病 GCN ポリアラニン病ハンチントン病眼咽頭型筋ジストロフィー脊椎小脳失調症 1, 2型など手足性器症候群など 5’末端 3’末端イントロン 5’UTR イントロン翻訳領域翻訳領域 3’UTR 脊髄小脳失調症12型 CAG フリードライヒ症候群 GAA 筋強直性ジストロフィー1型 CTG リピートの長さの例正常疾患ハンチントン病 11～34 36～121 筋強直性ジストロフィー1型 5～37 50～5000

5. リピートのインシリコ解析の現状  遺伝子領域と遺伝子間領域を区別しない網羅的な解析が主流  オーソログ遺伝子での比較はほとんど行われていない  リピートが機能部位であるかはまだ不明  リピートとタンパク質の機能を研究した例は少ない翻訳領域のリピートを対象

6. 本研究の流れ  リピートの再定義  生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？  分断配列の由来  ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの網羅的解析  リピートの進化的な形成速度は生物種によって差はあるのか？  ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート  リピートを持つタンパク質は機能に偏りがあるのか？  ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

8. リピートの数え方と問題点  現在のリピートの数え方例）･･･CAG CAG CAG CAG CAG CAG･･･  連続するトリプレットをリピートとして数える ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ↓ 長さ6のCAGリピート

9. リピートの数え方と問題点  現在のリピートの数え方例）･･･CAG CAG CAG CAG CAG CAG･･･  連続するトリプレットをリピートとして数える ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ↓ 長さ6のCAGリピート  しかし、リピートには例）脊髄小脳失調症1型の原因遺伝子SCA1 分断配列を持つものが･･･ (CAG)12CATCAGCAT (CAG)14･･･存在する ↓ 長さ12のリピートと14のリピート？例）脊髄小脳失調症1型（SCA1）の患者分断配列CATを持つ患者の方が  発症年齢が遅い  症状が和らげられる

10. 本研究での解析手法従来行われていなかった分断配列を考慮してリピートの網羅的解析を行う  トリプレットリピート病の原因により近い部位を抽出できる  リピートの進化的な比較が行いやすくなる例） Crebbp遺伝子の場合ヒト QQQQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=18) マウス QHQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=15) ヒスチジン（H）はCACによってコードされるグルタミン（Q）はCAGによってコードされる

11. 本研究での解析手法従来行われていなかった分断配列を考慮してリピートの網羅的解析を行う  トリプレットリピート病の原因により近い部位を抽出できる  リピートの進化的な比較が行いやすくなる例） Crebbp遺伝子の場合ヒト QQQQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=18) マウス QHQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=15) ヒスチジン（H）はCACによってコードされる分断配列を含めてグルタミン（Q）はCAGによってコードされる 17と考える

12. 分断配列を考慮したリピートの再定義  リピート例）脊髄小脳失調症2型（SCA2）  5 以上のトリプレット･･ CCC(CAG)13CAA(CAG)9 CCG ･･またはアミノ酸 ↓  分断配列を除いて、リピート名 : CAGリピート 2以上連続する部位が分断配列 : CAA 1つ以上あることリピート : 下線部  分断配列リピートの長さ : 23 (=13+1+9)  1トリプレットまたは1アミノ酸ヒト、チンパンジー、マウスの翻訳領域でのリピートを抽出を行った

14. 分断配列の由来  上位10位のトリプレットリピートが持つ分断配列とリピートのトリプレットの塩基の変異数を調べた 80 マ例）ヒト 1点変異 CAGリピートの場合 60 CAA → 1点変異 % 40 TAA → 2点変異ヒト2点変異 TCA → 3点変異 20 ヒト3点変異 0 GAG CTG CAG GGC GAA AAG AGC GCC GAT GCG リピート 1点変異の分断配列が平均6割を占め、最も多く存在した

15. 分断配列の由来  上位10位のトリプレットリピートが持つ分断配列とリピートのトリプレットの塩基の変異数を調べた 80 マウス1点変異例）ヒト 1点変異 CAGリピートの場合 60 チンパンジー1点変異 CAA → 1点変異 % 40 TAA → 2点変異チンパンジー2点変異ヒト2点変異 TCA → 3点変異 20 マウス2点変異ヒト3点変異チンパンジー3点変異 0 マウス 3点変異 GAG CTG CAG GGC GAA AAG AGC GCC GAT GCG リピート  分断配列の形成は点変異による  全体的な分布は3生物種で傾向が類似していた

16. ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピート  アミノ酸単位でリピートの平均の長さを比較した 16 ヒトチンパンジー平マウス均 12 の長さ（ 8 残基） 4 0 A C D E F G H I K L M N P Q R S T V W Y リピート 3種では大きな違いは見られなかった

18. ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート  3生物種において傾向が似ていたことの由来を検証ヒトでリピートをマウスでリピートを持つ遺伝子持つ遺伝子 ① ② ① ヒトのみヒトとマウス両方マウスのみ 3,041遺伝子 6,058遺伝子 3,729遺伝子 ① → 進化的には異なる ② → 進化的な保存度が同じ

19. ①ヒトのみ、マウスのみでリピートを持つ遺伝子で違いはあるのか？  リピートの割合や長さの平均値を比較した 20 16 ヒトのみヒトのみマウスのみマウスのみ 16 平 12 均の 12 長 % さ 8 （ 8 残基） 4 4 0 0 A S P L G E R K Q D T V F I H N C Y M W A S P L G E R K Q D T V F I H N C Y M W リピートリピートヒトのみでのリピートとマウスのみでのリピートの組成や長さの平均値に差は見られなかった

20. ②ヒトとマウスの両方でリピートを持つ遺伝子で違いはあるのか？  アラニンリピートとグルタミンリピートにおいてそれぞれの相同部位のリピートの長さの差 0の場合はアラニン645個、グルタミン296個例） 160 アラニンリピートヒト=10、マウス=5の場合グルタミンリピート 5 - 10 = -5 120 ←+ヒト +マウス→ 個数 80 アラニンリピート、 40 グルタミンリピートともほぼ左右対称的な分布を示した 0 -30 -20 -10 0 10 20 30 長さの差ヒトとマウスのオーソログ遺伝子でのリピートの形成速度に大きな偏りはない

22. リピートを持つタンパク質の機能  ヒトの15,521のタンパク質に機能のアノテーション情報であるGO slim単語を付加した  各機能ごと割合の差を検定した例）ヒトでリピートを持つタンパク質のうちdevelopmentという機能の有意性すべてのタンパク質 15,521 ヒトでリピートを持つタンパク質 1,394 development development 1,078 1,882 p-value = 1×10-6

23. ヒトでリピートを持つタンパク質の機能 GO slim 単語タンパク質の数 p-value development 1078 <10-6 nucleic acid binding 1696 <10-6 cell 5394 <10-6 transcription regulator activity 791 <10-6 binding 4762 <10-6 有意に多い cell growth and/or maintenance 1914 <10-6 enzyme regulator activity 323 <10-3 transport 1039 <10-3 extracellular 599 <10-3 unlocalized 22 <10-4 metabolism 3426 <10-4 -5 有意に少ない physiological processes 5084 <10 catalytic activity 2104 <10-19

24. ヒトで上位10位のリピートを持つタンパク質の機能有意に多い有意に少ないロイシンリピート GO slim 単語ロイシンアラニンアスパラギン酸グルタミン酸グリシンリシンプロリングルタミンアルギニンセリン biological process unknown cell communication cell cycle cell growth and/or maintenance cell motility death development metabolism physiological processes response to stress transport cell cellular component unknown external encapsulating structure extracellular unlocalized binding catalytic activity enzyme regulator activity molecular function unknown motor activity nucleic acid binding signal transducer activity structural molecule activity transcription regulator activity transporter activity

25. 機能の分布に対するクラスタリングロイシンリピートは他のリピートと比べ、特に機能の傾向が異なっていた

26. 本研究のまとめ  分断配列の形成は点変異によって生じる可能性が高い  ヒト、チンパンジー、マウスにおいてリピートの分布や平均的な長さに大きな差は見られなかった  ヒトとマウスではリピートの形成速度はほぼ同じであることが示唆された  一部のリピートはタンパク質の機能に関係している可能性が高い  ロイシンリピートを持つタンパク質の機能の傾向は他のリピートを持つタンパク質と比較して大きく異なっていた

27. 仮説- 分断配列の機能  リピートをエネルギー的に安定化させる  リピートの異常伸長を抑える例）脊髄小脳失調症1型（SCA1）の患者分断配列CATを持つ患者の方が  発症年齢が遅い  症状が和らげられる

28. 仮説- リピートの進化的な形成モデル  分断配列はリピートの形成過程で出現する例）グルタミンリピートの形成  点変異によって、短い（CAGとCAAのみがグルタミンをコード）純粋なリピートが生じる（purifying selection） CAT CAC CAT CAG ↓ 点変異 purifying selection  リピートの伸長が起こる CAT CAC CAG CAG ↓ 点変異  一部で同義の分断配列が CAG CAC CAG CAG ↓ 点変異点変異によって生じる CAGNucleotide sequence CAG CAG CAG 純粋なリピート CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG リピートの伸長リピートが安定化する ↓ 点変異 CAG CAG CAA CAG CAG CAG CAG CAG 純粋でないリピート

修士研究：ヒト、チンパンジー、マウスにおけるトリプレットリピートの網羅的解析 #修論

修士研究：ヒト、チンパンジー、マウスにおけるトリプレットリピートの網羅的解析 #修論

Recommended

More Related Content

More from teapipin

More from teapipin (8)

Recently uploaded

Recently uploaded(7)

修士研究：ヒト、チンパンジー、マウスにおけるトリプレットリピートの網羅的解析 #修論