Y染色体：性別決定を超えて

Y染色体：性別決定を超えて

By Roseanne F. Zhao, Ph.D.
NIH M.D./Ph.D. パートナーシップ研修プログラム奨学生

ヒトゲノムは23対の染色体（常染色体22対と性染色体1対）で構成されており、それぞれの親は1対の染色体を提供します。 女性は父親からX染色体を受け継いでXX遺伝子型となり、男性は父親からY染色体を受け継いでXY遺伝子型となります（母親はX染色体のみを受け継ぐ）。 Y染色体は、生物学的なデフォルトである女性の発育を上書きし、男性の生殖器系を発達させるのに必要な遺伝子を含んでいるため、その有無は重要です。
性決定におけるY染色体の役割は明らかですが、研究によって、Y染色体が急速に進化を遂げていることが明らかになりました。 何世代も前のY染色体は大きく、X染色体と同数の遺伝子を含んでいました。 しかし現在、Y染色体の大きさは過去の数分の一になり、機能的な遺伝子は80個以下になっています。 このため、Y染色体の最終的な運命について、長年にわたって議論や懸念がなされてきました。 多くの人が、Y染色体は不要になり、今後1000万年以内に完全に崩壊する可能性があると推測しています。 Y染色体の研究は、そのDNA配列が回文的で繰り返しが多いという性質のために困難でしたが、最近のゲノムの進歩により、いくつかの予想外の洞察が得られました。
今回の「今月のゲノム進歩」は、2014年4月24日号のNatureに掲載された、様々な哺乳類のY染色体の進化的経路を探る二つの研究を紹介します。 これらの研究を合わせると、過去2500万年にわたるY染色体の安定性が証明される。 さらに、Y染色体のいくつかの重要な機能を明らかにし、それがここにとどまるかもしれないことを示唆しています
始めるために、まず、約2億～3億年前の性染色体の進化の起源を掘り下げてみましょう。 常染色体に由来するX染色体とY染色体は、当初はほぼ同じ大きさでした。 しかし、ある時期からY染色体はX染色体との組み換え（遺伝情報の交換）機能を徐々に失い、独立した進化を遂げるようになりました。 その結果、Y染色体はX染色体と共有していた遺伝子の3％しか含まれないという壊滅的な劣化を招きました。
マサチューセッツ工科大学ホワイトヘッド研究所のDavid C. Page医学博士とHenrik Kaessmann博士の研究グループによる最近の研究成果です。
異なるゲノム技術を用いて、この2つの研究チームは、ヒト、チンパンジー、アカゲザル、雄牛、マーモセット、マウス、ラット、イヌ、オポッサムなど15種以上の哺乳類を対象に、Y染色体の進化を個別に分析しました。 驚くべきことに、彼らはY染色体上に、周囲の遺伝子が朽ち果てていく中で、長い進化期間にわたって存続してきた、小さいながらも安定した必須調節遺伝子群を発見したのである。 これらの遺伝子は、ゲノム中の他の遺伝子の発現を制御する上で極めて重要な役割を担っており、人体全体の組織に影響を及ぼす可能性があることが明らかになった。 このようなY染色体制御遺伝子が存続し続ける理由の一つは、これらの遺伝子が「用量依存的」であること、つまり、正常な機能発現には2つのコピーが必要であることです。
X染色体上のほとんどの遺伝子は、1コピーしか必要としない。 女性には2本のX染色体があり、したがってすべてのX連鎖遺伝子のコピーが2つあるため、1つのコピーがランダムに不活性化、つまりオフになってしまうのです。 男性はX染色体を1本しか持たないので、1コピーしか発現しない。
しかし、調節遺伝子はしばしば用量依存的でハプロ不全的、すなわち遺伝子の2コピーが必要であり、1コピーしか存在しないと異常や病気になることがある。 女性では、これらの制御遺伝子はX不活性化を免れ、2番目のX染色体上のコピーも発現する。X染色体が1本しかない男性では、Y染色体上にこの制御遺伝子群を保存することが、2番目のコピーを提供するために重要である。
全体として、このことが意味するのは、Y染色体は性決定と生殖能力における役割を超えて、男性の健康と生存に重要な遺伝子も含んでいるということです。
これらの発見は、男女間の生物学、健康、疾病における違いに対する我々の理解に大きな影響を及ぼします。 X染色体上の遺伝子とY染色体上の遺伝子は互いに独立した淘汰の歴史を持つため、2つの染色体上の遺伝子の違いの直接的な結果として、微妙な機能差が存在する可能性があるのです。 このような違いはまだあまり詳しく調べられていませんが、保存されているY染色体遺伝子の研究が進めば、男女の基礎生物学や病気に対する感受性の違いを理解し、健康管理の指針をより良くすることができます。

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