 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ヒトゲノム配列TOPページへ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7. ヒトゲノムにおける予測蛋白コード遺伝子の概観 要旨 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| この章では、完全配列決定されている他の真核生物ゲノムとヒトゲノムを比較した際に、顕著な相違点、類似点を分類整理する目的で、予測蛋白セットの初期コンピューター解析結果を示す。既知蛋白ファミリーへの分類割当同定法を用いたところ、40%以上のヒト予測蛋白では、分子機能の説明が不可能である。蛋白ドメイン構造に基づく解析から、ハエゲノムおよび線虫ゲノムと比較した際、ヒトゲノムにおける顕著な相違点の詳細カタログができた。特に顕著なものは、神経細胞機能、止血機構、後天的免疫応答、細胞骨格構成等の、発生制御と細胞プロセシングに関与する蛋白でのドメイン領域拡大である。最終的な蛋白ファミリー数および詳細蛋白構造については、今後の実験的研究および包括的な手作業による整理を待たねばならない。 蛋白をコードすると予測されるヒト遺伝子の予備的解析を行った。２つ手法を用いて、26,588個の予測蛋白（上述した証拠を最低２種類もつ26,383個の予測遺伝子に相当）の分子機能を解析、分類した。第一の方法は、国際Pfamデータベース（114,115）およびセレラ社Panther Classification（CPC）の両方を用いる蛋白ファミリー・レベルでの解析に基づく（図15）(116)。第二の方法は、PfamおよびSMARTデータベースの両方を用いる蛋白ドメインレベルでの解析に基づく（115, 117）。 今回の結果は予備的なもので、いくつかの制限がある。熟練した生物学者がPanther、Pfam、SMARTにおける統計モデルを構築、注釈、評価を行ってはいるが、遺伝子存在予測および機能割当同定はコンピューターツールを用いて作製されたものである。コンピューター予測遺伝子セットでは、偽陽性予測（一部は非活性偽遺伝子）および偽陰性予測（一部はコンピュータ予測不能ヒト遺伝子）があることを予期した。エクソンと遺伝子の境界を明確にする際の誤差もあることを予期した。同様に、自動的な方法による蛋白機能割当同定においても偽陽性予測、偽陰性予測の両方を予期した。機能割当同定プロトコールは、いくつかの生物種にわたって見られる蛋白ファミリーおよび既知ヒト遺伝子ファミリーに焦点を置いている。従って、機能が知られていても、大きな蛋白ファミリーに属さない多数の遺伝子に機能割当同定を行わない場合がある。明記のない限り、Panther、Pfam、SMARTにおけるモデルのために定義された統計的カットオフ・スコアを用いて、機能を割当同定した26,588個の予測蛋白セットから、任意ファミリーもしくは任意機能カテゴリーにある遺伝子の全数計測を行った。 今回のヒト予測蛋白セットの初期検査では、概略的な３項目を問題にした。すなわち、(i)予測遺伝子産物のあり得る分子機能は何か。そして、現行の分類方法を用いた際にこれら蛋白はどのように分類されるか。(ii)動物種間で共通すると思われる中核機能は何か。(iii)配列が決まっている他の真核生物の全蛋白とヒト全蛋白はいかに異なるか。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
7.1 ヒト予測蛋白の分子機能 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 図15に最低2個以上の存在を示す証拠をもつ26,588個のヒト予測蛋白について、推定分子機能の概観を示す。遺伝子産物の約41%（12,809個）が初期解析で分類不能で、機能不明蛋白と名付けた。我々の自動分類法は比較的大きな蛋白ファミリーのみ処理するため、実際には既知機能もしくは予測機能をもつ“非分類”配列が多数存在する。自動機能予測された蛋白の60%について、概略的クラスに特異蛋白機能を納めた。ここでは、できるだけ多数の蛋白を分類するため、高次の細胞プロセシングよりも、分子機能に焦点をおいた。これらの機能予測は、既知の機能配列に対する類似性に基づくものである。 さらに12,731個の（存在を示す証拠が一つしかない）低信頼度予測遺伝子を解析したところ、これらの付加的推定遺伝子の636個（5%）のみが自動法を用いた場合に遺伝子機能があると割当同定された。636個の予測遺伝子の３分の１が内在性レトロウイルス蛋白であった。このことは、これらの未知機能遺伝子の大多数が実遺伝子ではないことを示唆している。これらの付加的遺伝子12,095個ののほとんどが今日までに配列決定されたゲノムにおいてユニークな配列であることから、単純に大部分が偽陽性遺伝子という予測結果なのであろう。 最も一般的な分子機能は転写因子および核酸代謝に関与する蛋白（核酸関連酵素）である。ヒトゲノムにおいて高い割合で存在する他の分子機能は、受容体、燐酸化酵素、加水分解酵素である。驚くにはあたらないが、加水分解酵素のほとんどが蛋白分解酵素である。前癌遺伝子ファミリーのメンバーであるのみならず、“選択的調節分子”ファミリーのメンバーである蛋白も多数存在した。すなわち、(i)ヘテロ三量体GTP結合蛋白（G蛋白）、細胞周期調節因子等のシグナルトランスダクションの特定ステップに関与する蛋白、(ii)燐酸化酵素、G蛋白、脱燐酸化酵素の活性を調節する蛋白である。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.2 進化的に保存されたコア・プロセス |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 様々な“モデル生物”ゲノム配列プロジェクトがすでに完了しているので、ヒトゲノム進化解析を開始するために妥当な比較情報が入手可能である。S. cervisiae (“パン酵母”)(118)および、二種類の異なる無脊椎動物C.elegans（線虫）(119)、D.melanogaster（ハエ）(26)のみならず、最近完了した初の植物ゲノムA.thaliana(92)は、ゲノム間比較に多様な基盤を提供するものである。 動物種を越えて一般則だと思われるコア機能は何か、という問題を解明するため、ヒト・ハエ間およびヒト・線虫間で保存されている“厳格オルソログ”を列挙してみた（図16）。２つの遺伝子がオルソログ（“進化上保存されている蛋白セット”）である場合、遺伝的にたどることにより２つの生物の共通祖先に遡ることが可能であり、従って異なる生物においても同様の保存された機能を担うものと思われるため、オルソロジーの概念は重要である。この解析において、オルソログ（共通祖先からの遺伝によって２つの生物に存在する遺伝子）をパラログ（重複という事件により、ある生物に２つ以上コピーが存在する遺伝子）から分離することは重要である。なぜなら、パラログはやがて機能的に分岐していくと思われるからである。文献(120)における酵母−線虫オルソログ比較に従い、それぞれの比較ペア（ヒト−ハエおよびヒト−線虫）において２つの異なる事例を同定した。第一の事例は、各生物とも１つの遺伝子をもっていて、どちらの生物においても他の近縁ホモログが存在しない遺伝子のペアとなるものであった。これら遺伝子は、オルソログとパラログの区別を複雑にする追加的メンバーが他にいないため、簡単にオルソログと同定された。第二の事例は、比較した生物の片方、もしくは両方に２つ以上のファミリーメンバーをもつ遺伝子ファミリーである。Chervitzら(120)は、２つの生物における全配列間の関係を示す系統樹を解析することでこの事例を処理し、系統樹中の最近傍にある遺伝子ペアを探した。もし最近傍遺伝子ペアが異なる生物種由来ならば、それらはオルソログと推定された。我々はこれらの最近傍遺伝子ペアが、系統樹を検索しなくても、ペア間の配列比較によって、自信をもって同定できることを指摘したい（図16の脚注参照）。もし最近傍遺伝子ペアが異なる生物由来でないとしたら、種としての進化（および／または一方の生物による遺伝子欠失）後に一方もしくは両方の生物でパラログ的な増大があったはずである。この一対一対応関係がないならば、オルソログの定義は不明瞭になってしまう。ヒト予測蛋白セットの初期コンピューター概観では、各予測蛋白に対してこの問題に回答することはできなかった。そこで、“厳格オルソログ”、すなわち、不明瞭さがない一対一対応関係があるもののみを考察する（図16）と、この基準に従えば、ヒト−ハエ間では2,758個、ヒト−線虫間では2,031個の厳格オルソログがある（このうち1,523個は共通している）。我々は、D. melanogasterとC.elegansでも厳格オロソログがあるこれら1,523個のヒト蛋白を進化的に保存されたセットとして定義することにする。 この保存蛋白セットの機能分布を図16に示す。予期した通り、図15との比較から、保存蛋白群は全ヒト蛋白セットと同様な分子機能分布を示さなかった。全ヒト蛋白セット（図15）に比較すると、保存蛋白セットには２倍もしくはそれ以上を占める分子機能カテゴリーがいくつか存在する。第一の分子機能カテゴリーは、主に転写機構（著明なものでは、DNA/RNAメチル基転移酵素、DNA/RNAポリメラーゼ、ヘリカーゼ、DNAリガーゼ、DNA修飾因子、RNA修飾因子、ヌクレアーゼ、リボゾーム蛋白）に関与した核酸関係酵素である。細菌から最も複雑な真核生物に至るまで、基本的転写機構および基本的翻訳機構が進化において保存されていることは周知である。RNAスプライシングに関与するリボ核酸蛋白の多くもまた、動物種間で保存されると思われる。保存蛋白セット占有率が増加する酵素タイプは他にも存在する（転移酵素、酸化還元酵素、リガーゼ、リアーゼ、イソメラーゼ）。これら酵素群の多数が中間代謝に関与している。保存蛋白セットにおいて顕著に占有率を増加しない唯一の例外は、加水分解酵素である。蛋白分解酵素はこの分類の最も大きな部分を占める。蛋白分解酵素の大きなファミリーには、ヒト、ハエ、線虫が進化分岐後、それぞれの生物にて拡張したものがいくつか存在する。選択的調節分子カテゴリーの保存蛋白セット占有率も増加している。主要な保存ファミリーは、小分子グアノシン三燐酸脱燐酸化酵素（GTPase）（特に、ADPリボシル化因子を含むRas関連スーパーファミリー）および、細胞周期調節因子（特に、cullinファミリー、サイクリンCファミリーおよびいくつかの細胞分裂蛋白燐酸化酵素）である。含有率が有意に増加している分類の残り二つは、蛋白輸送とトラフィック関係および、シャペロンである。これら分類にて最も保存したグループは、被胞小胞介在性輸送に関与する蛋白群、そして蛋白折りたたみと熱ショック応答に関与するシャペロン（特に、DNAJファミリー、HSP60（熱ショック蛋白60）ファミリー、HSP70ファミリー、HSP90ファミリー）である。これら結果は、ヒト、ハエ、線虫の最終共通祖先由来と思われる特異的細胞プロセスに関して、蛋白ファミリーを控えめに評価したものに過ぎない。今回の解析は、上述したように、３つの動物のゲノム間保存を完全評価するものではない。なぜなら、保存蛋白ファミリーメンバー内でのパラログ重複が真のオルソログ決定を困難にしているからである。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7.3 ヒトゲノムと配列決定済みの他の真核生物ゲノムとの間の相違 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 脊椎動物分類上の分子基盤を探求するため、ヒトゲノムを他の配列決定済みの真核生物ゲノムと３つのレベルにて比較した。すなわち、分子機能、蛋白ファミリー、蛋白ドメインである。 脊椎動物に特徴的な発生学的プロセス、細胞学的プロセスを明らかにするため、分子の相違を表現型相違に関係づけることが可能である。表18および表19は、抜粋した蛋白ファミリー/ドメインファミリー（配列類似性により定義。例、セリン−スレオニン蛋白燐酸化酵素）および、スーパーファミリー（配列関連ファミリーをいくつか含むと思われる共通分子機能により定義。例、サイトカイン）に関して、配列決定済みの全真核生物ゲノム間の比較をしめす。これらの表において、非常に大きい（スーパー）ファミリー、もしくは、他の配列決定済みの真核生物ゲノムと比較しヒトでは有意に異なる（スーパー）ファミリーに焦点を置いた。最も顕著なヒトゲノムでの増幅は、以下に関与する蛋白群にて生じることを発見した。すなわち、(I)後天性免疫、(ii)神経発生、神経構造、神経機能、(iii)発生および恒常性維持における細胞間および細胞内シグナル経路、(iv)止血、(iv)アポトーシスである。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 後天性免疫 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ヒトゲノムとショウジョウバエDrosophilaゲノムもしくは線虫C.elegansゲノム間における最も顕著な相違点は、後天性免疫に関与する遺伝子の出現である（表18および表19）。後天性免疫応答は脊椎動物にてのみ生じる防御系であるため、これは予測された。ヒトゲノムにおいて、22個のクラスI主要組織適合性複合体（MHC, major histocompatibility complex）抗原遺伝子、22個のクラスII MHC抗原遺伝子の他に114個の免疫グロブリン遺伝子を発見した。さらに、同一起源免疫グロブリン受容体ファミリーにおいて59個もの遺伝子が存在する。ドメインレベルでは、MHC等の分子構成のために古代免疫グロブリン類が、そして免疫エフェクター細胞と細胞外マトリックス間相互作用に介在するいくつかの細胞接着分子を構成するためにインテグリン類が、拡張・補充されていることをみればこの点は例証されている。脊椎動物特異的な蛋白には、分泌型4-α螺旋束蛋白群、すなわちサイトカインおよびケモカインからなるパラクライン型免疫調節因子ファミリーが含まれる。サイトカイン受容体シグナル伝達に関連する細胞質シグナル伝達コンポーネントも、同様にハエおよび線虫にはわずかしか存在しない。これらの蛋白ドメインには、転写時のシグナルトランスデューサーとアクチベーター（STAT, signal transducer and activator of transcription）、サイトカインシグナルのサプレッサー（SOCS, suppressors of cytokine signaling）、活性化STATの蛋白インヒビター（PIAS, protein inhibitors of activated STATs）が含まれる。対照的に、Toll受容体のような先天性免疫応答に役割を果たす動物特異的蛋白ドメインは、ヒトゲノムにおいて有意に増幅して いるとは思えない。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 神経発生、神経構造、神経機能 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ヒトゲノムでは、線虫ゲノムおよびハエゲノムと比較して、神経発生に関与する蛋白ファミリーメンバー数に顕著な増加がみられる。これらの例には、エペンデミン、神経増殖因子（NGF）等の神経栄養因子、セマフォリン等のシグナル分子のみならず、ミエリン蛋白、電位依存型イオンチャネル、シナプトタグミン等のシナプス蛋白といった神経構造および機能に直接関与している多数の蛋白が含まれる。これらの結果は、これらの動物分類の神経系間において知られている表現型の既知相違点と高い相関を示す。顕著なものでは、(i) ニューロン数とコネクション数の増加、(ii)神経細胞タイプ数の増加（ハエ、線虫では数百タイプであるのに比較して、ヒトでは千以上のタイプが存在する）（121）、(iii)個々の神経軸索長の増加、(iv)グリア細胞の有意な増加、特に、ニューロンと同じ幹細胞から分化するが電気的には不活性な支持細胞となる、髄鞘を形成するグリア細胞の出現である。多くの顕著な蛋白増幅が神経発生には関与している。細胞接着を仲介する細胞外ドメインにおいて、コネキシンドメインを有する蛋白（122）はヒトにのみ存在する。ハエゲノムもしくは線虫ゲノムに存在しないこれらの蛋白は、細胞間チャネルの構成的サブユニットおよび、電気的カップリングの構造基盤となっている。軸索誘導および神経細胞ネットワーク形成は、エフリンのサブセット、および、それらと同一起源の、位相投射を樹立するための位置標識として働く受容体型チロシン燐酸化酵素を介している（123）。セマフォリン（ハエでは6個、線虫では2個のメンバーが存在するのと比較して、ヒトでは22個の遺伝子が存在する）およびその受容体（ニューロピリンおよびプレキシン）の生物学的役割は、軸索誘導分子であると思われる（124）。神経栄養因子や一部のサイトカインのようなシグナル分子は、神経細胞の生存、増殖、軸索誘導を調節することが示されてきた（125）。Notch受容体およびリガンドはグリア細胞運命決定およびグリア新生に重要な役割を担っている（126）。 ヒトにて増幅された他の遺伝子ファミリーは、神経構造および機能において鍵となる役割を直接的に担う。シナプス小胞の膜融合と放出に関与するカルシウムセンサー（もしくは受容体）として機能するシナプス伝達調節蛋白として当初は発見されたシナプトタグミン（無脊椎動物に比較してヒトでは２倍以上に増幅した遺伝子ファミリー）は、この様な例のひとつである（127）。神経細胞特異的アダプター分子中のPDZドメインおよびSH3ドメインがヒトにて同時増大したことは興味深い。例としては、シナプス間隙でのチャネル機能を調節すると思われる蛋白が含まれる。同様に、EAGサブファミリー（サイクリックヌクレオチド依存性チャネルに関連）、電位依存性カルシウム／ナトリウムチャネル・ファミリー、内向き整流カリウムチャネル・ファミリー、電位依存性カリウムチャネルのαサブユニット・ファミリーを含む、いくつかのイオンチャネル・ファミリーにおける増幅（表19）も指摘される。電位依存性ナトリウムチャネルおよび電位依存性カリウムチャネルは神経細胞において活動電位を生み出すことに関与している。電位依存性カルシウムチャネルと合わせ、これらは神経伝達物質の放出、神経突起の成長、短期記憶に活動電位をカップリングすることで重要な役割を担っている。最近の知見によると、カルシウムが調節するナトリウムチャネルとシナプトタグミンの結合により、神経細胞興奮性が樹立、調節されると思われる（129）。 ミエリン塩基性蛋白およびミエリン結合糖蛋白は、脊椎動物の中枢神経系および末梢神経系における主要構成蛋白である。ミエリンP0は末梢神経髄鞘の主要構成蛋白であり、ミエリン蛋白脂質およびミエリン乏突起神経膠細胞（oligodendrocyte）糖蛋白は中枢神経系に見られる。これらのミエリン蛋白のいずれかに突然変異が生じると、髄鞘の喪失および神経線維結合の重度障害という病理的に重篤な脱髄鞘が起こる（130）。ヒトでは、ミエリン形成に関与する異なる４つのファミリーに属する遺伝子が少なくとも10個（ミエリンP0 ５個、ミエリン蛋白脂質3個、ミエリン塩基性蛋白、ミエリン乏突起神経膠細胞糖タンパク（MOG, myelin-oligodendrocyte glycoprotein）、そして遠縁にあるMOGファミリー関連メンバーが恐らく存在すると思われる。ハエはミエリン蛋白脂質をただ一つ、線虫は全く持たない。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発生と恒常性維持機能における細胞間および細胞内シグナル伝達経路 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ヒトにおいて、無脊椎動物に比較して増幅した多くの蛋白ファミリーはシグナル伝達過程に関与する。特に、発生および分化に応答したシグナル過程に関与する蛋白ファミリーが挙げられる（表18および表19）。これらには、分泌ホルモンや細胞成長因子、受容体、細胞内シグナル分子、転写因子が含まれる。 ヒトゲノムで強化されている発生関与シグナル分子には、wnt、トランスフォーミング成長因子（TGF, transforming growth factor-β）、線維芽細胞成長因子（FGF, fibroblast growth factor）、神経成長因子（NGF, nerve growth factor）、血小板由来細胞成長因子（PDGF）およびエフリン等の細胞成長因子が含まれる。これらの成長因子は組織分化およびアクチン−細胞骨格制御および核機能制御に関与する広範な細胞学的プロセスに影響を及ぼす。ヒトにおいて、これら発生関与リガンドに対応する受容体も同様に増幅している。例えば、今回の解析から少なくとも８個のヒト・エフリン遺伝子（ハエ2個、線虫4個）および12個のエフリン受容体（ハエ２個、線虫１個）が存在すると示唆された。Wntシグナル経路においては、18個のwntファミリー遺伝子（ハエ6個、線虫5個）および12個のfrizzled受容体（ハエ6個、線虫5個）を発見した。Wnt経路の下流にある転写コリプレッサーのGrouchoファミリーは、ヒトでは13個と予測され（ハエ2個、線虫1個）、さらに顕著に増幅している。 シグナル伝達に関与する細胞外接着分子はヒトゲノムにて増幅している（表18および表19）。これら接着分子ドメインのいくつかが細胞外マトリクス・プロテオグリカンと結合することは、宿主防御、形態形成、組織修復に重大な役割を演じる（131）。これらの結合調節というヘパラン硫酸プロテオグリカンの明確な役割（132）と一致して、ヒトゲノムでは線虫およびハエに比べてヘパラン硫酸の硫酸転移酵素の増幅があることを発見した。ヘパラン硫酸転移酵素は組織分化を調節する（133）。同様にヒトでは、アクチン−細胞骨格構造蛋白にも増幅が見られる。ハエおよび線虫と比較して、ヒトで爆発的に増幅しているのは、ネブリン反復配列（蛋白あたり平均35ドメイン）、アグレカン反復配列（蛋白あたり平均12ドメイン）、プレクチン反復配列（蛋白あたり平均５ドメイン）である。これら反復配列は、アクチン−細胞骨格調節に関与し、神経、筋肉、脈管組織に著明な発現が認められる蛋白に含まれている。 配列決定済みの５つの真核生物間の比較により、細胞質シグナル伝達に関与したいくつかの蛋白ファミリーおよびドメインが増幅していることが明らかになった（表１８）。特に、発生制御および後天性免疫において役割を担うシグナル伝達経路が実質的に強化されている。RasスーパーファミリーGTPaseおよび、これらに付随するGTPase活性因子（GAP）、GTP交換因子（GEF）は、ヒトにおいて２倍もしくはそれ以上の増幅をしめす。ヒトゲノムおよび線虫C.elegansゲノムには、ほぼ同数のチロシン燐酸化酵素が存在するが、ヒトでは燐酸化チロシン・シグナル伝達に関与するSH2ドメイン、PTBドメイン、ITAMドメインの増加が見られる。さらに、ハエもしくは線虫ゲノムと比較した際、ヒトゲノムでは燐酸２エステラーゼに２倍以上の増幅が見られる。 細胞内シグナル分子の下流エフェクターには、発生上の運命を伝達する転写因子が含まれる。ハエ・ゲノムと比較した際、転写因子であるリガンド結合型核内ホルモン受容体群は顕著に増幅していることが示されている。ただし、線虫と比べれば増幅程度は顕著ではない（表18および表１９）。ヒトにて最も強烈な増幅があるのは、恐らくC2H2ジンクフィンガー転写因子であろう。Pfamプログラムにて、564個のヒト蛋白において合計4500個のC2H2ジンクフィンガー・ドメインが検出された。これに対し、234個のハエ蛋白では771個である。これは、C2H2転写因子数のみならず転写因子あたりのDNA結合モチーフ数（ヒト平均8個、ハエ平均3.3個、線虫平均2.3個）が劇的に拡大してきたことを意味する。さらに、これら転写因子の多くが、ハエや線虫では見られないKRABもしくはSCANドメインのどちらかをもっている。これらドメインは、転写因子の重合体形成に関与し、転写因子の結合組み合わせを増大するものである。一般的に、転写因子ドメインのほとんどは３種類の動物で共通だが、これらドメインを再分類してみると生物種特異的転写因子ファミリーがあるという結果となった。ヒト、ハエ、線虫にみられるドメインの組み合わせは、ハエおよびヒトにおけるBTBドメインとC2H2ドメインの組み合わせ、３つの動物ゲノムにおけるホメオドメイン単独もしくはPouドメインおよびLIMドメインとの組み合わせである。しかし植物では、異なるセットの転写因子が増幅している。すなわち、mybファミリーおよび、VP1ドメインとVP2ドメインを含むユニークな蛋白セットである（134）。酵母ゲノムは多細胞真核生物と比較した際、転写因子を少数しか持たず、そのレパートリーは代謝制御に関与する酵母特異的C6転写因子ファミリーの増幅に限られる。 ここまで他の真核生物ゲノムと比較した際にヒトゲノムにて拡張を示すシグナル伝達分子のサブセットについて説明してきたが、ほとんどの蛋白ドメインが非常によく遺伝子的に保存されていることを述べておくべきであろう。興味深いことに、線虫とヒトはおおよそ同数のチロシン燐酸化酵素およびセリン・チロシン燐酸化酵素をもっている（表１９）。しかし、これらは単に触媒ドメインを数えあげているだけであるという点は重要である。というのも、これらドメインを有する蛋白はまた、意味のある組合せに多様性がある蛋白の結合ドメインにも、広範なレパートリーがあることを示すからである。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 止血 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 止血は、凝固経路の血漿蛋白分解酵素および、血管内皮と血小板の相互作用により、主に調節される。脊椎動物と無脊椎動物間に知られる解剖学的および生理学的差異に一致して、止血に重要な蛋白を構成する細胞外接着ドメインは、ヒトではハエおよび線虫に比べ増幅している（表１８および表１９）。血球系細胞と血管マトリクス間の表面相互作用に関与するFIMAC、FN1、FN2、C1q等のドメインの進化を記しておきたい。さらに、VWA、VWC、VED、クリングル、FN3等のいっそう古くから存在する動物特異的ドメインが、止血調節に関与する多ドメイン蛋白に活発に取り込まれてきた。セリン蛋白分解酵素の総数に大きな増幅は認めないが、この酵素ドメインは血管系構成全体で蛋白分解調節を担ういくつかの多ドメイン蛋白へ特異的に取り込まれてきた。これらは、キニンおよび補体経路に属する血漿蛋白において示される。ADAM（a disintegrin and metalloprotease）およびMMPs（matrix metalloproteases）の２つのマトリックス・メタロプロテアーゼファミリーにおいて有意な増幅が見られる（表19）。細胞外マトリックス（ECM）蛋白の分解は、癌、関節炎、アルツハイマー氏病、種々の炎症状態等の疾患において、組織発生および組織分解に重要である。（135、136）。ADAMは、フィブリノーゲン分解および血球系コンポーネントと血管マトリックス・コンポーネント間の相互作用に重要な役割をもつ膜貫通型蛋白ファミリーである。これらの蛋白は、マトリックス蛋白、さらにはシグナル分子を切断することが示されてきた。ADAM-17はTNF（tumor necrosis factor、腫瘍壊死因子）―αを転換し、ADAM-10はNotchシグナル経路に関与すると考えられてきた（135）。今回、マトリックスメタロプロテアーゼ・ファミリーメンバーを19個、ADAMおよびADAM-TSファミリーメンバーを合計51個を同定した。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| アポトーシス |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 真核生物間でアポトーシス経路構成因子の一部が進化過程で保存されることは、発生制御において、そして病原体やストレス・シグナルへの応答において、アポトーシスが中枢的役割を担うことと矛盾しない。プログラム細胞死、すなわちアポトーシスに関与するシグナル伝達経路には、細胞外ドメイン、アダプター（蛋白―蛋白相互作用の）ドメイン、エフェクター酵素や調節酵素にみられるドメインを含んだ、よく解析されたドメイン間の相互作用により仲介される。（137）。真核生物間の多様性と、ハエと線虫に対して比較した際、ヒトにおける相対的な増幅程度の推定値を出すため、アポトーシス経路にのみ存在する中枢的なアダプターとエフェクター酵素ドメインの蛋白数を列挙してみた（表１８）。アポトーシス調節に限定される蛋白におけるDEDドメイン等のアダプタードメインは、脊椎動物特異的であったが、BIR、CARD、Bcl2等はハエや線虫にも存在した（ただし、ヒトでのBcl2ファミリー・メンバー数は有意に増幅している）。植物および酵母にはカスペースが存在しないが、カスペース様分子、すなわちパラ・カスペースおよびメタ・カスペースの存在が報告されている（138）。他の動物ゲノムと比較して、ヒトゲノムでは、カスペースおよびカルパイン・ファミリー等のアポトーシス・カスケードに関与する蛋白のみならず、アポトーシスに関与するアダプターおよびエフェクター・ドメインを含む蛋白の増幅がみられる。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
他の蛋白ファミリーの増幅 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 代謝酵素： ハエもしくは線虫と比較してヒトにはチトクロムP450遺伝子が少ない。一方、リポオキシゲナーゼ（ヒト６個）は脊椎動物および植物特異的であるが、リポオキシゲナーゼ活性化蛋白（ヒト４個）は脊椎動物特異的と思われる。リポオキシゲナーゼはアラキドン酸代謝に関与し、その活性化蛋白はアレルギー応答から癌にいたる様々なヒト病理に関与すると考えられてきた。最も驚くべきヒトにおける遺伝子増幅の一つは、グリセロアルデヒド-３-燐酸脱水素酵素（GAPDH, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）遺伝子数（ヒト４６個、ハエ３個、線虫４個）である。しかし、多くの逆転写されたGAPDH偽遺伝子が存在すること（139）が、この見かけ上の増幅を説明する証拠もある。しかし、細菌からヒトにいたる全ての生物種に見られ、基礎代謝に関与する進化的に保存された酵素として長らく知られてきたGAPDHに、他の機能があることが近年示されてきたことは大変興味深い。GAPDHは第二活性（140）を示し、ウラシルDNAグライコシラーゼとして作用する。これは細胞周期調節因子として機能し（141）、アポトーシスに関与すると考えられてきた（142）。 翻訳： ヒトで著明に増幅しているもう一つのセットは、翻訳機構に関与するファミリー群にある。今回、ゲノム中にそれぞれのサブユニットが少なくとも10個のコピーをもつ28個の異なるリボゾーム・サブユニットを同定した。全てのリボゾーム蛋白遺伝子は、線虫もしくはハエに比較して平均約8〜10倍増幅している。逆転写された偽遺伝子がこれらの増幅の多くを占めると思われる（上述の考察と（143）を参照）。近年の知見では、リボソーム蛋白の多くが蛋白合成とは別個の２次的機能をもつと示唆されている。例えば、L14aおよび関連L7サブユニット（ヒト36個）はアポトーシスを誘導することが示されている（144）。 同様に延長因子1αファミリー（eEF1A、 ヒトで56遺伝子）では4〜5倍の増幅が存在する。この増幅の多くは、逆転写に由来すると思われるイントロンを持たないパラログであるようだ。さらに、これらの多くが偽遺伝子であると思われる証拠がある（145）。しかし、この延長因子の２つ目の型であるeEF1A2は筋肉で組織特異的に発現され、偏在的に発現するeEF1Aと相補的発現様式を示す（146）。 リボヌクレオ蛋白： オルタナティブスプライシングにより、単一遺伝子から多数の転写産物が生じる。従って、生物の全蛋白に付加的多様性をもたらすことができる。今回、269個の遺伝子がリボヌクレオ蛋白であることを同定した。この数は線虫リボヌクレオ蛋白遺伝子数の2.5倍以上、ハエの2倍、アラビドプシス・ゲノムで同定された265個とおよそ同じである。ヒトでのリボヌクレオ蛋白遺伝子の多様性が、スプライシング・レベルもしくは翻訳レベルで遺伝子調節に寄与しているかは不明である。 翻訳後修飾： このプロセスに関わるセットにて最も顕著な増幅がみられるのは、止血やアポトーシス等の細胞学的プロセスにおいて蛋白架橋触媒を行うカルシウム依存性酵素であるトランスグルタミナーゼである（147）。ビタミンK依存的γカルボキシラーゼ遺伝子産物は、凝固因子、オステオカルシン、マトリクスGLA蛋白に見られるGLAドメイン(ハエ、線虫には存在しない)に作用する（148）。チロシン化蛋白硫酸転移酵素は、凝集因子およびケモカイン受容体を含む炎症および止血に関与した蛋白の翻訳後修飾に関与する（149）。核蛋白の修飾に関与するドメイン数には有意な増加はないが、現時点で配列がわかっている他のゲノムには存在しないヒト予測蛋白において、ドメイン・アレンジメントが多数存在する。これらには、ユビキチン・フィンガードメインをもつHD6にて、ヒストン脱アセチル化酵素ドメインが直列的に存在することが含まれる。これはハエゲノムには存在しない特徴である。さらに重要な核調節酵素PARP（poly-ADP ribosyl transferase、ポリADPリボシル転移酵素）ドメインが、ヒトでは蛋白結合ドメインBRCTおよびVWAにそれぞれ融合するという例も挙げられる。 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| まとめ |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ハエおよび線虫と比較した際、ヒトで見られる表現型の複雑さの差については、いくつかの解釈が可能である。これらの一部は、免疫系、止血、神経、脈管、細胞骨格の複雑性における顕著な差異に相関する。ヒトゲノムがこれまでの予測に比べ少数の遺伝子しかもたないという点は、蛋白構造や転写・翻訳調節、蛋白翻訳後修飾、翻訳後調節レベルで、組み合わせの多様さにより補われると思われる。組み合わせの多様さを増大もしくは変化させるためにドメインを混ぜ合わせることは、蛋白数の絶対数を劇的に増やすことなく、蛋白−蛋白相互作用を介在する能力を指数関数的に増大することができる（150）。明らかな新規性がある（配列解析の展望からみて）蛋白ドメインの進化、および、量的かつ質的なドメイン融合（既存ドメインへの新規ドメインの補充）によって増大する制御上の複雑性の２つが、今回、ヒトにて観察された特徴である。おそらくこの傾向を示す最良の例示となるのは、C2H2ジンク・フィンガーをもった転写因子群であろう。そこでは、KRABやSCAN等の脊椎動物に特異的なドメインと共に、蛋白あたりのドメイン数拡張が見られる。 特異的蛋白クラスの翻訳調節のため、ヒトゲノムにおいては内在性リボゾーム・エントリー部位が顕著に使用されているという近年の報告から、このプロセスが用いられる程度を完全に同定すべく、この分野でのさらなる研究がヒトゲノムにおいて要求されると思われる（151）。これら修飾に関与する蛋白ファミリーの一部に増幅例が存在することを示したが、翻訳後レベルで、蛋白プロセッシングにおける複雑性の増大と相関しているかどうかの評価には、さらなる実験的証拠が要求される。ヒトにおける転写後プロセッシングおよびイソフォーム発生の程度については、全面的な目録化作業が残っている。スプライソゾーム機構の保守的性質から、このレベルにおける調節機構を解剖するためには更なる解析が必要であろう。 1 Celera Genomics, 45 West Gude Drive, Rockville, MD 20850, USA. 2 GenetixXpress, 78 Paci_c Road, Palm Beach, Sydney 2108, Australia. 3 Berkeley Drosophila Genome Project, University of California, Berkeley, CA 94720, USA. 4 Department of Biology, Penn State Uni-versity, 208 Mueller Lab, University Park, PA 16802, USA. 5 Department of Genetics, Case Western Reserve University School of Medicine, BRB-630, 10900 Euclid Avenue, Cleveland, OH 44106, USA. 6 Johns Hopkins University School of Medicine, Johns Hopkins Hospital, 600 North Wolfe Street, Blalock 1007, Baltimore, MD 21287_4922, USA. 7 Rockefeller University, 1230 York Avenue, New York, NY 10021_6399, USA. 8 New England BioLabs, 32 Tozer Road, Beverly, MA 01915, USA. 9 Division of Biology, 147-75, California Institute of Technology, 1200 East California Boulevard, Pasa- dena, CA 91125, USA. 10 Yale University School of Medicine, 333 Cedar Street, P.O. Box 208000, New Haven, CT 06520_8000, USA. 11 Applied Biosystems, 850 Lincoln Centre Drive, Foster City, CA 94404, USA. 12 The Institute for Genomic Research, 9712 Medical Center Drive, Rockville, MD 20850, USA. 13 Faculty of Life Sciences, Bar-Ilan University, Ramat-Gan, 52900 Israel. 14 Grup de Recerca en Informa `tica Me`dica, In-stitut Municipal d'Investigacio _ Me `dica, Universitat Pompeu Fabra, 08003-Barcelona, Catalonia, Spain. 連絡先：To whom correspondence should be addressed. E- mail: humangenome@celera.com | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Copyright © 2001 by The American Association for the Advancement of Science. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
