大阪大学蛋白質研究所の橋本浩介准教授、カロリンスカ研究所、理化学研究所からなる共同研究グループは、ヒトの受精卵と脳の遺伝子発現データを解析し、数千万年前に受精卵から８細胞期に挿入されたレトロトランスポゾンが、脳の松果体で遺伝子の一部として働いていることを明らかにしました。

ヒトゲノムの約40％は、レトロトランスポゾンと呼ばれる自らをコピーし増殖するDNAで占められています。100万コピーを超えるレトロトランスポゾンが、過去にどの細胞でゲノムに挿入されたのかを知ることは困難です。

今回、共同研究グループは、ヒト受精卵から３日後までの遺伝子発現を１細胞レベルで解析し、この時期に強く発現するための制御領域を持つLTR型レトロトランスポゾンを特定しました。その中の少数は、脳の松果体で活性化し、他の遺伝子と融合して発現していることを明らかにしました。これにより、元々は脳以外で獲得されたレトロトランスポゾンが、後に脳で発現するという可能性が示され、ゲノム進化におけるレトロトランスポゾンの存在意義の理解が深まることが期待されます。

本研究成果は、米国科学誌「Genome Research」に、10月22日（金）午前2時（日本時間）に公開されました。

図 脳で発現するLTR型レトロトランスポゾンの進化モデル

ヒトの細胞１つ１つにはDNAが含まれていますが、次の世代に受け継がれるのは生殖系列のDNAだけです。例えば脳のDNAが書き換わったとしても次の世代には受け継がれません。現在のヒトゲノムに含まれる無数のレトロトランスポゾンは、過去に生殖系列の細胞で発現し、挿入されて受け継がれてきたものです。一方、レトロトランスポゾンが生殖系列以外の細胞でも活性化することが報告されており、その進化的なメカニズムは明らかになっていませんでした。

本研究では、ヒト初期発生をはじめ、様々な細胞の発現データを組み合わせたバイオインフォマティクス解析によって、主として初期発生の段階のみで活性化するが、一部は脳で発現するようなLTR型レトロトランスポゾンのグループを特定しました。

本研究成果により、ヒトの持つ遺伝情報の大部分を占める、蛋白質をコードしていない領域について、進化的な観点から理解が深まることが期待されます。

本研究成果は、2021年10月22日（金）午前2時（日本時間）に米国科学誌「Genome Research」（オンライン）に掲載されました。

【タイトル】“Embryonic LTR retrotransposons supply promoter modules to somatic tissues”
【著者名】
Kosuke Hashimoto^1,2,*, Eeva-Mari Jouhilahti³, Virpi Töhönen^4,5, Piero Carninci^2,*, Juha Kere^3,4,6,*, Shintaro Katayama^3,4,6,* (*共同責任著者)
DOI：https://doi.org/10.1101/gr.275354.121
【所属】
1. 大阪大学 蛋白質研究所
2. 理化学研究所 生命医科学研究センター
3. Stem Cells and Metabolism Research Program, University of Helsinki
4. Department of Biosciences and Nutrition, Karolinska Institutet
5. Department of Molecular Medicine and Surgery, Karolinska Institutet
6. Folkhälsan Research Center

なお、本研究は、蛋白質研究所新分野開拓支援プログラムのサポートを受けて行われました。