ニュース｜コーネル大学チーム、次世代シーケンシングでトランスポゾンが移動しゲノムを再構築する仕組みを解明
コーネル大学の研究者らは、当初はクロマチン研究のために用いられた高解像度ゲノムマッピング法CUT&Tagが、反復配列に対する従来のシーケンシングの偏りを克服できると報告しました。この手法により、トランスポゾンがゲノム内でどのように移動し、位置づけられ、機能するかを前例のない明瞭さで捉えられます。かつて「ジャンクDNA」として退けられたこれらの遺伝要素は、現在では免疫応答、神経機能、胚発生、進化に重要な役割を果たすことが認識されています。
この研究は十一月21日にiScience誌に掲載されました。責任著者でコーネル大学農学生命科学部の分子生物学・遺伝学准教授、Patrick Murphy（博士号取得：13）は、この進歩によって、トランスポゾンが集中する、試料調製中にこれまで廃棄されてきた固形のゲノム画分を正確に捉えられると述べました。
「ジャンクDNA」は不要物ではなく、生物学的機能に深く関わる古代ウイルスの痕跡
トランスポゾンは、ノーベル賞受賞者Barbara McClintockによってトウモロコシで初めて発見されました。その起源は古代のウイルス感染です。ウイルスDNAが宿主の生殖細胞に入ると、世代を超えて受け継がれ、徐々にゲノムに組み込まれることがあります。「これらの古代ウイルスDNA配列は、もはや不活性な残存物ではありません。私たちの機能を支える重要な構成要素となっています」とMurphyは述べています。
ヒトでは、トランスポゾンの「跳躍」が変異を引き起こし、血友病や一部のがんなどの疾患に関与する可能性がある一方、現代の感染症から防御することもあります。特定のトランスポゾンは胚発生のごく初期に活性化され、幹細胞形成と胎盤発生で重要な役割を果たし、哺乳類の進化を後押しします。
トランスポゾンはヒトゲノムの半分を占めますが、その機能には未解明の点が多く残されています。従来のシーケンシングでは細胞を溶解し、固相と液相を分離します。数十年にわたり、研究者らは主に液相のDNAを研究してきましたが、適切な手法がなかったためトランスポゾンに富む固形画分は見過ごされ、「ジャンクDNA」という呼称につながりました。
「廃棄されていた固形画分こそ、実際には大半のトランスポゾンが存在する場所だと分かりました」とMurphyは述べました。
CUT&Tagが見過ごされてきたゲノムの半分を可視化
CUT&Tagは、クロマチン構造を研究するために2019年に導入されました。コーネル大学チームは、ChIPなどの従来手法に伴う偏りを避けながら、反復配列や複雑な構造に富むトランスポゾン領域でもこの手法が機能することを示しました。この進歩は幅広い学際的可能性を持ちます。
がん治療の一部の戦略では、ゲノム内のトランスポゾンを活性化して腫瘍細胞への免疫攻撃を誘導します。これらの機構への理解が進めば、より精密な標的療法を支えられる可能性があります。「今後五〜十年で、トランスポゾン研究の黄金時代に入り、臨床治療、生殖医療、発生研究、農業育種、微生物学、種分化に幅広い影響をもたらす可能性があります」とMurphyは予測しました。
機関横断の連携が研究を前進
筆頭著者Brandon Parkは、Murphyがロチェスター大学の教授だった時期にMurphyの研究室に加わりました。他の著者には、コーネル大学獣医学部の上級研究員Kristin Murphy（博士号取得：13）、ポストドクトラル研究員Shan Hua、研究員Karli Casler、ロチェスター大学のMitchell O’Connell研究室の共同研究者が含まれます。本研究は米国国立衛生研究所（NIH）の助成を受けました。
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コーネル大学の研究者らは、当初はクロマチン研究のために用いられた高解像度ゲノムマッピング法CUT&Tagが、反復配列に対する従来のシーケンシングの偏りを克服できると報告しました。この手法により、トランスポゾンがゲノム内でどのように移動し、位置づけられ、機能するかを前例のない明瞭さで捉えられます。かつて「ジャンクDNA」として退けられたこれらの遺伝要素は、現在では免疫応答、神経機能、胚発生、進化に重要な役割を果たすことが認識されています。
この研究は十一月21日にiScience誌に掲載されました。責任著者でコーネル大学農学生命科学部の分子生物学・遺伝学准教授、Patrick Murphy（博士号取得：13）は、この進歩によって、トランスポゾンが集中する、試料調製中にこれまで廃棄されてきた固形のゲノム画分を正確に捉えられると述べました。
「ジャンクDNA」は不要物ではなく、生物学的機能に深く関わる古代ウイルスの痕跡
トランスポゾンは、ノーベル賞受賞者Barbara McClintockによってトウモロコシで初めて発見されました。その起源は古代のウイルス感染です。ウイルスDNAが宿主の生殖細胞に入ると、世代を超えて受け継がれ、徐々にゲノムに組み込まれることがあります。「これらの古代ウイルスDNA配列は、もはや不活性な残存物ではありません。私たちの機能を支える重要な構成要素となっています」とMurphyは述べています。
ヒトでは、トランスポゾンの「跳躍」が変異を引き起こし、血友病や一部のがんなどの疾患に関与する可能性がある一方、現代の感染症から防御することもあります。特定のトランスポゾンは胚発生のごく初期に活性化され、幹細胞形成と胎盤発生で重要な役割を果たし、哺乳類の進化を後押しします。
トランスポゾンはヒトゲノムの半分を占めますが、その機能には未解明の点が多く残されています。従来のシーケンシングでは細胞を溶解し、固相と液相を分離します。数十年にわたり、研究者らは主に液相のDNAを研究してきましたが、適切な手法がなかったためトランスポゾンに富む固形画分は見過ごされ、「ジャンクDNA」という呼称につながりました。
「廃棄されていた固形画分こそ、実際には大半のトランスポゾンが存在する場所だと分かりました」とMurphyは述べました。
CUT&Tagが見過ごされてきたゲノムの半分を可視化
CUT&Tagは、クロマチン構造を研究するために2019年に導入されました。コーネル大学チームは、ChIPなどの従来手法に伴う偏りを避けながら、反復配列や複雑な構造に富むトランスポゾン領域でもこの手法が機能することを示しました。この進歩は幅広い学際的可能性を持ちます。
がん治療の一部の戦略では、ゲノム内のトランスポゾンを活性化して腫瘍細胞への免疫攻撃を誘導します。これらの機構への理解が進めば、より精密な標的療法を支えられる可能性があります。「今後五〜十年で、トランスポゾン研究の黄金時代に入り、臨床治療、生殖医療、発生研究、農業育種、微生物学、種分化に幅広い影響をもたらす可能性があります」とMurphyは予測しました。
機関横断の連携が研究を前進
筆頭著者Brandon Parkは、Murphyがロチェスター大学の教授だった時期にMurphyの研究室に加わりました。他の著者には、コーネル大学獣医学部の上級研究員Kristin Murphy（博士号取得：13）、ポストドクトラル研究員Shan Hua、研究員Karli Casler、ロチェスター大学のMitchell O’Connell研究室の共同研究者が含まれます。本研究は米国国立衛生研究所（NIH）の助成を受けました。
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