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脳内の遺伝子調節領域の特定する方法

スイスバイオインフォマティクス研究所とローザンヌ大学が、遺伝子が脳内で調節される方法の適応性のある人間特有の変化を特定するための初めてのアプローチを開発しました。

研究により、人類の進化、発生生物学などの分野の研究に新しい視野を提供する事が期待されます。

To explain what sets human apart from their ape relatives, researchers have long hypothesized that it is not so much the DNA sequence, but rather the regulation of the genes (i.e. when, where and how strongly the gene is expressed), that plays the key role. However, precisely pinpointing the regulatory elements which act as ‘gene dimmers’ and are positively selected is a challenging task that has thus far defeated researchers.

参照元：https://www.sib.swiss/about-sib/news/10816-the-dna-regions-in-our-brain-that-contribute-to-make-us-human
– スイスバイオインフォマティクス研究所 Swiss Institute of Bioinformatics. 15 December 2020 –

わずか1％の違いで、ヒトとチンパンジーのタンパク質をコードするゲノムは著しく類似しています。

私たちを人間にする生物学的特徴を理解することは、魅力的で激しく議論されている一連の研究の一部です。

SIBスイスバイオインフォマティクス研究所とローザンヌ大学の研究者は、遺伝子が脳内で調節される方法における適応性のある人間特有の変化を初めて特定するための新しいアプローチを開発しました。

これらの結果は、人類の進化、発生生物学、神経科学の研究に新しい展望を開きます。

人間を類人猿の親戚と区別するものを説明するために、研究者たちは長い間、DNA配列ではなく、遺伝子の調節（つまり、遺伝子がいつ、どこで、どれだけ強く発現されるか）が鍵となると仮定してきました。

しかし、「遺伝子調光器」として機能し、積極的に選択された規制要素を正確に特定することは、これまでのところ研究者を打ち負かしてきた挑戦的な作業です。

SIBのグループリーダーで研究の共著者であるMarcRobinson-Rechavi氏は話します。

「このような興味をそそる質問に答えるには、いわゆる「ポジティブ」選択下にあるゲノム内の部分を特定できなければなりません。この答えは、進化論の質問に取り組む上で非常に興味深いものですが、最終的には、遺伝子がどのように機能するかについての機械的な見方を提供するため、生物医学研究に役立つ可能性があります。」

SIBとローザンヌ大学の研究者は、人類の進化を通じて選択された、脳内の遺伝子調節領域の大規模なセットを特定できるようにする新しい方法を開発しました。

ポスドク研究員で研究の筆頭著者であるJialinLiu氏は説明します。

「今では、私たちの認知能力の進化に貢献した可能性のあるゲノム領域を特定する方法があります。」

結論に達するために、2人の研究者は、機械学習モデルと、遺伝子調節に関与するタンパク質が異なる組織の調節配列にどれほど強く結合するかに関する実験データを組み合わせ、ヒト、チンパンジー、ゴリラの進化的比較を行いました。

Rechavi氏は話します。

「私たちは今、人間の脳の遺伝子発現を制御するポジティブに選択された領域がどれであるかを知っています。そしてそれらが制御している遺伝子について学ぶほど、認知と進化の理解がより完全になり、行動する範囲が広がります。」

ほとんどのランダムな遺伝子変異は、生物に利益も害も与えません。

それらは、2つの生物種が共通の祖先を持ってから経過した時間を反映する一定の速度で蓄積します。

対照的に、ゲノムの特定の部分でのその速度の加速は、生物が生き残り、繁殖するのを助ける突然変異のポジティブセレクションを反映する可能性があり、それにより突然変異は将来の世代に受け継がれる可能性が高くなります。

遺伝子調節エレメントはしばしば数ヌクレオチド長しかないため、統計的観点からそれらの加速率を推定することは特に困難です。

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