自分の大学院時代の修士研究の発表スライドです。 ファイルの整理をしていて偶然見つけたので懐かしくなってアップしました。 コンピュータによる遺伝子解析の研究です。 結果と考察が中心で数理的な理論は省いています。 発表時の台本はこちら http://www.slideshare.net/teapipin/ss-16721377 修士論文はこちら http://www.slideshare.net/teapipin/ss-16721820 今は全く違う仕事をしており、この研究から結構時間が経ったので この手の研究がどのように進んでいるのか全然知りません（汗）。 特にスライドの最後に挙げた仮説は今の学説ではどう考えられているのでしょうか！？ もし少しでもご存知の方がいらっしゃれば、Twitter（ID: @teapipin）まで連絡いただけたらうれしいです。

1. ヒト、チンパンジー、マウスに
おけるトリプレットリピートの
網羅的解析

2. ゲノムにおけるリピート
 散在型反復配列
 短散在型核因子（SINE）
 長散在型核因子（LINE）
反復配列  LTRエレメント
約70%  DNAトランスポゾン
 縦型反復配列
 サテライトDNA
 ミニサテライト
 マイクロサテライト
• 反復単位1-6 bp

3. ゲノムにおけるリピート
 散在型反復配列
 短散在型核因子（SINE）
 長散在型核因子（LINE）
反復配列  LTRエレメント
約70%  DNAトランスポゾン
 縦型反復配列
 サテライトDNA
 ミニサテライト
 マイクロサテライト
• 反復単位1-6 bp
反復単位が３つ組であるトリプレットリピートが注目される
（例） ‥ CAG CAG CAG CAG CAG CAG‥ →CAGリピート

4. トリプレットリピート病
 リピートの異常伸長がもたらす遺伝性疾患の総称
CAG ポリグルタミン病 GCN ポリアラニン病
ハンチントン病 眼咽頭型筋ジストロフィー
脊椎小脳失調症 1, 2型 など 手足性器症候群 など
5’末端 3’末端
イントロン
5’UTR イントロン 翻訳領域
翻訳領域 3’UTR
脊髄小脳失調症12型 CAG フリードライヒ症候群 GAA 筋強直性ジストロフィー1型 CTG
リピートの長さの例
正常 疾患
ハンチントン病 11～34 36～121
筋強直性ジストロフィー1型 5～37 50～5000

5. リピートのインシリコ解析の現状
 遺伝子領域と遺伝子間領域を区別しない
網羅的な解析が主流
 オーソログ遺伝子での比較はほとんど行われていない
 リピートが機能部位であるかはまだ不明
 リピートとタンパク質の機能を研究した例は少ない
翻訳領域のリピートを対象

6. 本研究の流れ
 リピートの再定義
 生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？
 分断配列の由来
 ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの
網羅的解析
 リピートの進化的な形成速度は生物種によって
差はあるのか？
 ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート
 リピートを持つタンパク質は機能に偏りが
あるのか？
 ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

7. 本研究の流れ
 リピートの再定義
 生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？
 分断配列の由来
 ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの
網羅的解析
 リピートの進化的な形成速度は生物種によって
差はあるのか？
 ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート
 リピートを持つタンパク質は機能に偏りが
あるのか？
 ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

8. リピートの数え方と問題点
 現在のリピートの数え方 例）
･･･CAG CAG CAG CAG CAG CAG･･･
 連続するトリプレットを
リピートとして数える ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
↓
長さ6のCAGリピート

9. リピートの数え方と問題点
 現在のリピートの数え方 例）
･･･CAG CAG CAG CAG CAG CAG･･･
 連続するトリプレットを
リピートとして数える ① ② ③ ④ ⑤ ⑥
↓
長さ6のCAGリピート
 しかし、リピートには
例）脊髄小脳失調症1型の原因遺伝子SCA1
分断配列を持つものが
･･･ (CAG)12CATCAGCAT (CAG)14･･･
存在する
↓
長さ12のリピートと14のリピート？
例）脊髄小脳失調症1型（SCA1）の患者
分断配列CATを持つ患者の方が
 発症年齢が遅い
 症状が和らげられる

10. 本研究での解析手法
従来行われていなかった分断配列を考慮して
リピートの網羅的解析を行う
 トリプレットリピート病の原因に
より近い部位を抽出できる
 リピートの進化的な比較が行いやすくなる
例） Crebbp遺伝子の場合
ヒト QQQQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=18)
マウス QHQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=15)
ヒスチジン（H）はCACによってコードされる
グルタミン（Q）はCAGによってコードされる

11. 本研究での解析手法
従来行われていなかった分断配列を考慮して
リピートの網羅的解析を行う
 トリプレットリピート病の原因に
より近い部位を抽出できる
 リピートの進化的な比較が行いやすくなる
例） Crebbp遺伝子の場合
ヒト QQQQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=18)
マウス QHQQQQQQQQQQQQQQQ (連続したQ=15)
ヒスチジン（H）はCACによってコードされる 分断配列を含めて
グルタミン（Q）はCAGによってコードされる 17と考える

12. 分断配列を考慮したリピートの再定義
 リピート 例）脊髄小脳失調症2型（SCA2）
 5 以上のトリプレット ･･ CCC(CAG)13CAA(CAG)9 CCG ･･
またはアミノ酸 ↓
 分断配列を除いて、 リピート名 : CAGリピート
2以上連続する部位が 分断配列 : CAA
1つ以上あること リピート : 下線部
 分断配列 リピートの長さ : 23 (=13+1+9)
 1トリプレット
または1アミノ酸
ヒト、チンパンジー、マウスの翻訳領域での
リピートを抽出を行った

13. 本研究の流れ
 リピートの再定義
 生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？
 分断配列の由来
 ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの
網羅的解析
 リピートの進化的な形成速度は生物種によって
差はあるのか？
 ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート
 リピートを持つタンパク質は機能に偏りが
あるのか？
 ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

14. 分断配列の由来
 上位10位のトリプレットリピートが持つ分断配列と
リピートのトリプレットの塩基の変異数を調べた
80 マ
例） ヒト 1点変異
CAGリピートの場合 60
CAA → 1点変異 % 40
TAA → 2点変異
ヒト2点変異
TCA → 3点変異
20
ヒト3点変異
0
GAG CTG CAG GGC GAA AAG AGC GCC GAT GCG
リピート
1点変異の分断配列が平均6割を占め、最も多く存在した

15. 分断配列の由来
 上位10位のトリプレットリピートが持つ分断配列と
リピートのトリプレットの塩基の変異数を調べた
80 マウス1点変異
例） ヒト 1点変異
CAGリピートの場合 60 チンパンジー1点変異
CAA → 1点変異 % 40
TAA → 2点変異 チンパンジー2点変異
ヒト2点変異
TCA → 3点変異 20 マウス2点変異
ヒト3点変異
チンパンジー3点変異
0
マウス 3点変異
GAG CTG CAG GGC GAA AAG AGC GCC GAT GCG
リピート
 分断配列の形成は点変異による
 全体的な分布は3生物種で傾向が類似していた

16. ヒト、チンパンジー、マウスに
おけるリピート
 アミノ酸単位でリピートの平均の長さを比較した
16
ヒト
チンパンジー
平 マウス
均
12
の
長
さ
（ 8
残
基
） 4
0
A C D E F G H I K L M N P Q R S T V W Y
リピート
3種では大きな違いは見られなかった

17. 本研究の流れ
 リピートの再定義
 生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？
 分断配列の由来
 ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの
網羅的解析
 リピートの進化的な形成速度は生物種によって
差はあるのか？
 ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート
 リピートを持つタンパク質は機能に偏りが
あるのか？
 ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

18. ヒトとマウスのオーソログ遺伝子に
おけるリピート
 3生物種において傾向が似ていたことの由来を検証
ヒトでリピートを マウスでリピートを
持つ遺伝子 持つ遺伝子
① ② ①
ヒトのみ ヒトとマウス両方 マウスのみ
3,041遺伝子 6,058遺伝子 3,729遺伝子
① → 進化的には異なる
② → 進化的な保存度が同じ

19. ①ヒトのみ、マウスのみでリピートを
持つ遺伝子で違いはあるのか？
 リピートの割合や長さの平均値を比較した
20 16
ヒトのみ
ヒトのみ
マウスのみ
マウスのみ
16
平 12
均
の
12 長
% さ 8
（
8 残
基
） 4
4
0 0
A S P L G E R K Q D T V F I H N C Y M W A S P L G E R K Q D T V F I H N C Y M W
リピート リピート
ヒトのみでのリピートとマウスのみでのリピートの
組成や長さの平均値に差は見られなかった

20. ②ヒトとマウスの両方でリピートを
持つ遺伝子で違いはあるのか？
 アラニンリピートとグルタミンリピートにおいて
それぞれの相同部位のリピートの長さの差
0の場合は
アラニン645個、グルタミン296個
例） 160
アラニンリピート
ヒト=10、マウス=5の場合
グルタミンリピート
5 - 10 = -5 120
←+ヒト +マウス→
個
数
80
アラニンリピート、
40
グルタミンリピートとも
ほぼ左右対称的な分布を示した
0
-30 -20 -10 0 10 20 30
長さの差
ヒトとマウスのオーソログ遺伝子でのリピートの形成速度に大きな偏りはない

21. 本研究の流れ
 リピートの再定義
 生物種ごとにリピートの分布の違いはあるのか？
 分断配列の由来
 ヒト、チンパンジー、マウスにおけるリピートの
網羅的解析
 リピートの進化的な形成速度は生物種によって
差はあるのか？
 ヒトとマウスのオーソログ遺伝子におけるリピート
 リピートを持つタンパク質は機能に偏りが
あるのか？
 ヒトでリピートを持つタンパク質の機能

22. リピートを持つタンパク質の機能
 ヒトの15,521のタンパク質に機能のアノテーション
情報であるGO slim単語を付加した
 各機能ごと割合の差を検定した
例）ヒトでリピートを持つタンパク質のうちdevelopmentという機能の有意性
すべてのタンパク質
15,521 ヒトでリピートを
持つタンパク質
1,394
development
development
1,078
1,882
p-value = 1×10-6

23. ヒトでリピートを持つ
タンパク質の機能
GO slim 単語 タンパク質の数 p-value
development 1078 <10-6
nucleic acid binding 1696 <10-6
cell 5394 <10-6
transcription regulator activity 791 <10-6
binding 4762 <10-6 有意に多い
cell growth and/or maintenance 1914 <10-6
enzyme regulator activity 323 <10-3
transport 1039 <10-3
extracellular 599 <10-3
unlocalized 22 <10-4
metabolism 3426 <10-4
-5
有意に少ない
physiological processes 5084 <10
catalytic activity 2104 <10-19

24. ヒトで上位10位のリピートを持つ
タンパク質の機能
有意に多い 有意に少ない
ロイシンリピート
GO slim 単語 ロイシン アラニン アスパラギン酸 グルタミン酸 グリシン リシン プロリン グルタミン アルギニン セリン
biological process unknown
cell communication
cell cycle
cell growth and/or maintenance
cell motility
death
development
metabolism
physiological processes
response to stress
transport
cell
cellular component unknown
external encapsulating structure
extracellular
unlocalized
binding
catalytic activity
enzyme regulator activity
molecular function unknown
motor activity
nucleic acid binding
signal transducer activity
structural molecule activity
transcription regulator activity
transporter activity

25. 機能の分布に対するクラスタリング
ロイシンリピートは他のリピートと比べ、
特に機能の傾向が異なっていた

26. 本研究のまとめ
 分断配列の形成は点変異によって生じる可能性が高い
 ヒト、チンパンジー、マウスにおいてリピートの
分布や平均的な長さに大きな差は見られなかった
 ヒトとマウスではリピートの形成速度はほぼ同じで
あることが示唆された
 一部のリピートはタンパク質の機能に関係している
可能性が高い
 ロイシンリピートを持つタンパク質の機能の傾向は
他のリピートを持つタンパク質と比較して
大きく異なっていた

27. 仮説- 分断配列の機能
 リピートをエネルギー的に安定化させる
 リピートの異常伸長を抑える
例）脊髄小脳失調症1型（SCA1）の患者
分断配列CATを持つ患者の方が
 発症年齢が遅い
 症状が和らげられる

28. 仮説-
リピートの進化的な形成モデル
 分断配列はリピートの形成過程で出現する
例）グルタミンリピートの形成
 点変異によって、短い （CAGとCAAのみがグルタミンをコード）
純粋なリピートが生じる
（purifying selection） CAT CAC CAT CAG
↓ 点変異 purifying selection
 リピートの伸長が起こる CAT CAC CAG CAG
↓ 点変異
 一部で同義の分断配列が CAG CAC CAG CAG
↓ 点変異
点変異によって生じる CAGNucleotide sequence
CAG CAG CAG 純粋なリピート
CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG
リピートの伸長
リピートが安定化する ↓ 点変異
CAG CAG CAA CAG CAG CAG CAG CAG
純粋でないリピート