ミトコンドリア遺伝子のヒト種内変異の解析による分子進化機構の研究

通过分析人类线粒体基因的种内变异研究分子进化机制

• 批准号: 06273212
• 负责人: 田中 雅嗣
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-06273212/
• 关键词: ミトコンドリア遺伝子; 塩基置換; 変異発生機構; 分子進化; 脱アミノ; ウラシル; ヒポキサンチン; 一本鎖DNA

ヒトのミトコンドリア遺伝子(mtDNA)は、1)組み換えなどの複雑な修復を受けず進化機構が単純である、2)コピー数が大きいため遺伝子増幅が容易でPCR産物の塩基配列を直接決定できる、3)種内変異の頻度が高く大量のデータを集積できる、などの特徴がある。研究代表者は43例の個体のmtDNA(16,569bp)の全塩基配列を決定し約70万塩基対のデータを解析した。蛋白をコードする13種の遺伝子(11,320bp)の295箇所のサイトにおいて塩基置換を観察した。mtDNAのアミノ酸の変化に影響しない四重縮退部位(4-fold degenerate sites)に注目して解析を行った結果、L鎖においてG→AおよびT→C塩基転位の頻度が高かった。すなわちL鎖上のGおよびTは変異し易いが、L鎖上のCおよびA(H鎖上のGおよびT)は変異し難い。つまり変異が鎖に対して非対称的に蓄積していた。この現象は、mtDNAの複製において親H鎖が一本鎖状態に置かれることと、一本鎖DNAでの脱アミノ反応の速度が二本鎖DNAでの速度よりはるかに高いことに関連があろう。一本鎖状態に置かれた親H鎖上のC残基が脱アミノされuracil(U)となり、これを鋳型として娘L鎖が合成される際にAが対合することによって、G→A塩基転位が生じると推定される。また親H鎖上のA残基が脱アミノされhypoxanthineとなり、これが鋳型となって娘L鎖が合成される際にTではなくCが対合し、結局T→C塩基転位を生じるのであろう。これに対して、親H鎖上のG残基が脱アミノされxanthineとなっても、xanthineはCと対合しやすいために、L鎖上のCは変異を免れると推定された。このようにmtDNAの両鎖の複製時における非対称性はmtDNAの突然変異発生の出現頻度に大きな影響を及ぼしていると結論された。

人线粒体基因（mtDNA）具有1）具有简单进化机制的特征，没有进行复杂的修复，例如重组； 2）具有较大的拷贝数，可以轻松的基因扩增以及直接确定PCR产物基本序列的能力； 3）具有较高的种内突变并积累了大量数据。主要研究者确定了43个个体的mtDNA（16,569 bp）的整个基本序列，并分析了约700,000个基础对的数据。在13个蛋白质编码基因（11,320 bp）的295个位点观察到碱基取代。我们进行了分析，重点是不影响mtDNA中氨基酸变化的4倍退化位点，并发现G→A和T→C碱基的重排在L链中很高。也就是说，L链上的G和T很容易突变，但是L链上的C和A很容易突变。换句话说，突变反对链不对称地积累。这种现象可能与以下事实有关：母体H链滞留的状态在mtDNA复制中，并且单链DNA中的Deamino反应速率远高于双链DNA中的DNA。假定位于单链状态的母链上的c残基被脱氨酸以形成乌拉西尔（u），并且当使用该模板合成子链时，将配对形成，导致g→a基本重排。此外，将父链上的A残基被脱尼尼式形成低黄嘌呤，当将子L链合成为模板时，C而不是T对，最后，T→C碱基重新排列。另一方面，即使将h链上的g残基脱膜脱氨酸，估计黄氨酸可能与C配对，因此L链上的C不受突变的免疫。因此，得出的结论是，在mtDNA的两条链复制过程中的不对称性对mtDNA突变发生的频率都有显着影响。