[公開日] 2023年8月24日 午後2時51分 AEST
[著作者] Jenny Graves
Y染色体は、男性らしさを決定し、精子を作る遺伝子を持っているため、（特に男性にとって）尽きることのない魅力の源です。また、小さくて非常に奇妙です。遺伝子はほとんどなく、ジャンクDNAでいっぱいなので、配列を解読するのは恐ろしいことです。
しかし、新しい「ロングリード: long-read」配列解析技術により、ついにY染色体の端から端まで信頼できる配列が得られました。この大変な努力を説明した論文が “Nature” に掲載されました。
この発見は、性別と精子の遺伝子がどのように機能するか、Y染色体がどのように進化したか、そして予測どおり数百万年後に消滅するかどうかを調査するための確固たる基盤を提供します。
男の子の誕生
人間や他の哺乳類の出生時の性別は、特殊な染色体によって 決定される ことが 約60年 前からわかっています。女性はX染色体のペアを持ち、男性はX染色体1本とはるかに小さなY染色体1本を持っています。
Y 染色体は、胚の細胞隆起から精巣への発達を指示する SRY と呼ばれる 遺伝子を持っているため、男性を決定します。胚の精巣は男性ホルモンを生成し、これらのホルモンは男児の男性的な特徴の発達を指示します。
Y 染色体と SRY 遺伝子がない場合、XX 胚では同じ細胞隆起が卵巣に発達します。次に、女性ホルモンが女児の女性的な特徴の発達を指示します。
DNA の廃品置き場
Y 染色体は、X 染色体やヒトゲノムの他の 22 本の染色体とは非常に異なります。Y 染色体は小さく、遺伝子の数も少ないです (X 染色体の約 1,000 個と比較して 27 個のみ)。
これらには、SRY、精子を作るのに必要ないくつかの遺伝子、生命にとって重要と思われるいくつかの遺伝子（その多くはXにパートナーを持つ）が含まれます。多くのY遺伝子（精子遺伝子RBMYとDAZを含む）は複数のコピーで存在します。いくつかは配列が反転した奇妙なループで発生し、遺伝子を複製または削除する遺伝的事故がよく見られます。
Y染色体には、形質に寄与していないと思われるDNA配列もたくさんあります。この「ジャンクDNA」は、古いウイルスの断片、死んだ遺伝子、何度も繰り返される非常に単純な数塩基の連続から派生した、非常に反復的な配列で構成されています。
この最後のDNAクラスは、文字通り暗闇で光るY染色体の大部分を占めています。蛍光染料に優先的に結合するため、顕微鏡で見ることができます。
Y 染色体が奇妙な理由
Y染色体がこのようなのはなぜでしょうか？ それは進化のせいです。
1億5千万年前、X染色体とY染色体は単なる普通の染色体のペアだったという証拠は数多くあります（鳥やカモノハシでは現在もそうです）。すべての染色体と同様に、X染色体とY染色体には2つのコピー（両親から1つずつ）がありました。
その後、SRYが（別の機能を持つ古代の遺伝子から）この2つの染色体の1つで進化し、新しいプロトY染色体 (new proto-Y) が定義されました。このプロトY染色体は、定義上、精巣に永久に閉じ込められ、細胞分裂が頻繁に行われ修復がほとんど行われなかったために、突然変異の嵐にさらされました。
プロトYは急速に退化し、100万年ごとに約10個の活性遺伝子を失い、その数は当初の1,000個からわずか27個に減少しました。片方の端にある小さな「擬似常染色体: pseudoautosomal」領域 は元の形を保っており、かつてのパートナーであるX染色体と同一です。
この 退化が続くかどうか については大きな議論がありました。なぜなら、このままでは数百万年後にはヒトY染色体全体が消滅してしまうからです（すでに一部のげっ歯類ではそうなっています）。
Y染色体の配列決定は悪夢でした
ヒトゲノムの最初のドラフトは1999年に完成しました。それ以来、科学者たちはX染色体を含む通常の染色体のすべてを、わずかなギャップを除いて配列することに成功しました。
科学者たちはこれをショートリード配列決定法 (short-read sequencing) を使って行いました。これはDNAを100塩基程度の小さな断片に切り刻み、ジグソーパズルのように再構成するものです。
しかし、新しい技術によって個々の長い DNA 分子に沿って塩基の配列を決定できるようになり、数千塩基のロングリード (long-reads) が生成されるようになったのはごく最近のことです。これらの長いリードは区別が容易であるため、Y 染色体の紛らわしい繰り返しやループを処理しながら、より簡単に組み立てることができます。
Y 染色体は、端から端まで、つまり T2T (テロメアからテロメアまで: telomere-to-telomere) に配列決定された最後のヒト染色体です。ロングリード技術を使用しても、DNA ビットの組み立てはあいまいなことが多く、研究者は難しい領域、特に繰り返しの多い領域で何度も試行する必要がありました。
では、Y 染色体について何が新しくわかったのでしょうか?
「ネタバレ注意」 – Y 染色体は、数十年にわたる遺伝子マッピングと以前の配列決定から予想されていた通り、奇妙なものであることが判明しました。
いくつかの新しい遺伝子が発見されましたが、これらはすでに複数のコピーが存在することがわかっていた遺伝子の追加コピーです。擬似常染色体領域 : the pseudoautosomal region (X 染色体と共有) の境界は、Y 染色体の先端に向かって少し押し広げられました。
セントロメア: the centromere (細胞分裂時にコピーを引き離す染色体の領域) の構造が判明し、Y 染色体の蛍光末端 (the fluorescent end) の複雑な反復配列の混合物の完全な読み取り値が得られました。
しかし、おそらく最も重要な結果は、この発見が世界中の科学者にとってどれほど役立つかということです。
いくつかのグループは、Y 染色体の詳細を調べます。 彼らは、SRY と精子遺伝子の発現を制御する可能性のある配列を探し、X 染色体のパートナーを持つ遺伝子が同じ機能を保持しているか、それとも新しい機能を進化させたかを確認します。
他にも、繰り返される配列を詳しく調べて、それがどこでどのように発生し、なぜ増幅されたのかを突き止めようとするグループもあります。また、多くのグループが、世界各地の男性のY染色体を分析して、退化の兆候や最近の機能の進化を探ろうとしています。
かわいそうな古いY染色体にとって、これは新しい時代です。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4ones(Koichi Ikenoue) の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
