世界が拡大するCOVID-19コロナウイルスのパンデミックの制御に奔走する中、Nature Structural & Molecular Biology誌に掲載された新しい研究によると、ウイルスは哺乳類の繁殖能力と生存能力においても進化的に重要な役割を果たしていることが明らかになった。

シンシナティ小児周産期研究所と日本の麻布大学の科学者たちは、実験用マウスとヒトの生殖細胞を研究することでデータを得た。

同誌に掲載された2つの論文では、生殖細胞のトランスクリプトームの根底にある2つの異なる基本的なプロセスが明らかにされている。また、哺乳類の生殖細胞では、内因性レトロウイルスによって種特異的なトランスクリプトームが微調整されていることも明らかにした。

生殖細胞のトランスクリプトームには、生殖細胞内のすべてのメッセンジャーRNAが含まれており、種の交尾時に遺伝物質として子孫に受け継がれる染色体のオスまたはメスの半分が含まれている。つまり、生殖細胞のトランスクリプトームは、次の世代の生命の準備のために精子と卵子のユニークな特性を定義することを意味する。

両論文の主任研究者であり、シンシナティ小児科の生殖科学部門の科学者であるSatoshi Namekawa博士によれば、これらの研究は別個のものではあるが、互いに補完し合うものであるという。

「MaesawaとSakashitaらの論文では、スーパーエンハンサーと呼ばれる、ゲノム内の頑健で進化的に保存された遺伝子制御要素を探索している。スーパーエンハンサーは、精子が形成され始めると、必須の生殖細胞遺伝子の緊密に制御されたバーストを促進する」とNamekawaは述べている。

「2つ目の研究は、Sakashitaらの研究で、内因性レトロウイルスがゲノム内の別のタイプのエンハンサー、遺伝子制御要素として作用し、新たに進化した遺伝子の発現を促進することを示している。これは、ヒトやマウスなどの哺乳類において、種特異的なトランスクリプトームを微調整するのに役立つ」。

本研究の著者らは、発生生物学者、バイオインフォマティクス研究者、免疫生物学者などの学際的な専門家から構成されている。男性の精子形成における遺伝子発現の異常は、男性不妊や先天性欠損と密接に関連している。

ウイルス、特に哺乳類の生物学の固有の一部である内因性レトロウイルス(ERV)は、遺伝子発現に劇的な影響を与える可能性があると、研究者らは報告している。ERVは、体内に感染し、時間の経過とともにゲノムに組み込まれるレトロウイルスの分子残骸である。

スーパーエンハンサースイッチ

この研究は、マウスモデルとヒト生殖細胞を用いた生物学的実験と、生殖細胞内の遺伝子制御要素のゲノムワイドなプロファイリングを含む計算生物学的実験を組み合わせたものである。

その結果、生殖細胞が減数分裂(生殖細胞のハプロイドゲノムを生成する細胞分裂の特殊な形態)に入った後に、スーパーエンハンサーのゲノムワイドな再編成が生殖細胞の遺伝子発現のバーストを促進することが明らかになった。

今回の研究では、スーパーエンハンサーのスイッチングが生殖細胞で起こる分子過程をさらに明らかにした。スーパーエンハンサーは、遺伝子バースト制御スイッチとして機能する2つの分子、転写因子A-MYBと精子形成に重要なサイレンシングタンパク質であるSCML2によって制御されている。

参考文献

Super-enhancer switching drives a burst in gene expression at the mitosis-to-meiosis transition, Nature Structural & Molecular Biology, DOI: 10.1038/s41594-020-0488-3 , www.nature.com/articles/s41594-020-0488-3