Elucidation of differences between human and great apes revealed by structures of chromosome ends

染色体末端结构揭示人类和类人猿之间的差异

基本信息

批准号：
20J20222
负责人：
大泉祐介
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒトとチンパンジーは進化的に最も近いとされているが、さまざまな性質の違いがある。興味深いことに、大型類人猿に属するチンパンジー、ボノボ、ゴリラは、Subterminal Satellite (StSat) と呼ばれる32 bp単位の大規模な繰り返し配列をもつが、ヒトには全く存在しない。このことから、StSat配列の有無がヒトと大型類人猿の性質を分けた原因のひとつになっている可能性が考えられる。そこで本研究では、StSat領域の分子機能やStSat周辺の染色体領域のDNA配列を探ることにより、ヒトとチンパンジーの進化の一端を明らかにすることを目的とした。まず、StSat領域における染色体構造を明らかにするため、in vivoにおいてStSat領域特異的に存在するタンパク質を網羅的に同定できるPICh法を行った。得られたサンプルの質量分析や予備実験の結果、従来のPICh法ではStSat領域に存在するタンパク質の同定は困難であることが示された。次に、StSat領域がもたらす周辺の染色体領域への影響について調べるため、チンパンジーのStSat領域に隣接するDNA配列の同定を行った。チンパンジーのゲノムDNAの解読は完了していないため、StSatやテロメアに隣接する配列はほとんどわかっていない。そこで、NGSデータを用いてStSatおよびテロメアに隣接する配列を新規に取得することにした。はじめに、ヒトの完全なゲノムアセンブリが構築されているCHM13について、元となったシークエンスデータからテロメアに隣接するDNA配列のみを特異的に構築できるか試みた。その結果、ヒトのテロメア配列のほとんどはTAR1と呼ばれる繰り返し配列と隣接しており、この割合はゲノムアセンブリの解析データと一致したことから、全ゲノムDNAを構築することなくテロメアの隣接配列を取得できたことを確認した。

尽管人类和黑猩猩被认为是进化上最接近的近亲，但它们的特征却存在许多差异。有趣的是，属于类人猿的黑猩猩、倭黑猩猩和大猩猩都有 32 bp 的大重复序列，称为次末端卫星 (StSats)，但人类没有这些重复序列。这表明StSat序列的存在或缺失可能是人类和类人猿特征不同的原因之一。因此，在本研究中，我们旨在通过探索StSat区域的分子功能以及StSat周围染色体区域的DNA序列来阐明人类和黑猩猩进化的部分内容。首先，为了阐明StSat区域的染色体结构，我们进行了PICh方法，该方法可以全面识别体内StSat区域特异的蛋白质。对获得的样品进行质谱分析和初步实验表明，使用传统的 PICh 方法很难鉴定 StSat 区域中存在的蛋白质。接下来，为了研究 StSat 区域对周围染色体区域的影响，我们鉴定了与黑猩猩 StSat 区域相邻的 DNA 序列。由于黑猩猩基因组 DNA 的破译尚未完成，人们对 StSat 或与端粒相邻的序列知之甚少。因此，我们决定利用NGS数据来获取与StSat和端粒相邻的新序列。首先，对于已经构建了完整人类基因组组装的CHM13，我们尝试从原始序列数据中仅专门构建与端粒相邻的DNA序列。结果，大多数人类端粒序列都与称为 TAR1 的重复序列相邻，并且这个比例与基因组组装分析数据一致，这使得无需构建整个基因组 DNA 即可获得端粒侧翼序列。