１． 背景
キンギョは1000年以上にわたって愛玩動物として飼育され、色、頭部の形、体の形、ヒレの形、目の形などが異なるさまざまな品種が生み出されてきた。現在、180以上の変異種、70以上の遺伝学的に樹立された系統が存在する。私たちは2019年にキンギョ（ワキン）の全ゲノム塩基配列を発表した。キンギョの祖先は4回の全ゲノム重複（WGD）を経て、最終段階で2n=50から生じた2n=100の異質４倍体ゲノムをもつ。異質４倍体ゲノムの生物では、サブゲノムが非対称的に進化し、それが多様な表現型を生み出すことが予想される。

２． 結果
キンギョゲノム上の転移因子（TE）を指標に、LとS、２セットのサブゲノムを同定した。次に、27のキンギョ系統の全ゲノム塩基配列の決定を行なった。これにより、キンギョが大きな３つのグループ（江戸、チャイナ、ランチュウ）に分かれることがわかった。さらに、GWASによる変異系統の解析を行った。その結果、「背びれなし」（ランチュウの特徴）ではSサブゲノム上のLrp6（Lrp6S）、「長い尾ひれ」ではSサブゲノム上のkcnk5b（kcnk5bS）、「出目」ではLサブゲノム上のLrp2a（Lrp2aL）、「アルビノ」ではLとS両方のoca2、「ハート型尾ひれ」ではS上のrpzクラスターが変異の原因遺伝子（候補）であることを明らかにした。

３． 今後の期待
WGDで生じたサブゲノム上の変異が、キンギョの多様な形態を生み出していることがわかった。キンギョのLとSのサブゲノムは、コモンカープ（コイ）のBとAのサブゲノムに対応させることができ、構造がよく保存されていた。LRP2はヒトではDonnai-Barrow症候群の原因遺伝子であり、OCA2はヒトでは眼皮膚白皮症の原因遺伝子である。キンギョの変異体は、ヒト疾患研究のモデルにもなる。

本研究は、大阪大学と国立遺伝学研究所・比較ゲノム解析研究室・発生遺伝学研究室・先端ゲノミクス推進センターとの共同研究として行われた。NIG-JOINTに支援された。

図：本研究で用いたキンギョ野生型（１）と変異型（2-28）。ゲノム解析により、変異型はチャイナグループ（2-11）、ランチュウグループ（12-17）、江戸グループ（18-28）に分けられた。

Press release

プレスリリース資料

東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究センターの岩﨑博史教授、伊藤健太郎研究員、同大学 生命理工学院 生命理工学系のTAKAHASHI MASAYUKI特任教授、国立遺伝学研究所の村山泰斗准教授、横浜市立大学の池口満徳教授、理化学研究所の美川務専任研究員らの研究グループは、DNAの相同組換えの中心的な反応であるDNA鎖交換の反応機構を明らかにしました。

相同組換えは、DNA二重鎖切断（用語1）を正確に修復する生理機能であり、遺伝情報の維持や遺伝的多様性の創出にかかわる重要な生命現象です。その中心であるDNA鎖交換反応では、似た配列、すなわち、相同な配列を持つ2組のDNA間で鎖を交換します。この反応はRad51リコンビナーゼ（用語2）によって触媒されることが知られていますが、Rad51リコンビナーゼが相同配列を見つけてDNA鎖を交換するしくみは不明でした。

今回の研究では、DNA鎖交換反応をリアルタイムで観察し、Rad51リコンビナーゼがDNA鎖を交換する反応過程の詳細を明らかにしました。さらに、その反応の実際の分子構造をシミュレーションすることに世界で初めて成功しました。今回の成果により、相同組換えによるヒトがん抑制の分子機構研究にさらに弾みがつくことが期待されます。

この成果は、6月11日付けの『Nature Communications』に掲載されました。

図: DNA鎖交換反応におけるRad51リコンビナーゼのDNA結合モチーフの役割

第１回　NIGバイオロジカルウェビナー　（テレビ会議セミナー）

開催日時： 2020年 8月11日（火）日本時間9:00から、1～1.5時間程度

演題： アーキアから探る染色体構造の構築原理と進化

講演者： 竹俣 直道

Postdoctoral Fellow
Stephen D. Bell Lab
Molecular and Cellular Biochemistry Department. Indiana University
http://www.indiana.edu/~sbelllab/

要旨：

　細胞は自身よりも遥かに長大な染色体DNAをどのように折りたたんで収納しているのか — この問題は生物学における大きな謎の1つであり、多くの研究者が真核生物およびバクテリアを用いてその解明に長年取り組んできた。一方、第3の生物ドメインであり真核生物の起源となった原核生物でもあるアーキア（古細菌）では、染色体がどのような3次元構造をとるのかほとんど解明されていない。我々は、次世代シーケンサーを利用した染色体構造解析手法であるHi-Cを好熱性アーキアSulfolobusに用いることで、アーキア染色体の詳細な3次元構造を世界で初めて決定した。その結果、Sulfolobusの染色体はバクテリアよりもむしろ真核生物の染色体に近い高次構造をとること、そしてその高次構造形成に新規のSMCタンパク質「コーレシン」が関わることがわかった（Takemata et al., Cell 2019; Takemata & Bell, manuscript submitted）。本セミナーではこれらの結果をもとに、生命の3ドメイン間における染色体構築の共通原理と多様性について議論したい。
（日本語講演）

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所外企画者（司会）： 尾崎 省吾 准教授 ／ 九州大学大学院薬学研究院 臨床薬学部門 分子生物薬学

所内企画者： 仁木 宏典

生命の遺伝情報を担うゲノムDNAはその化学的性質から内的、外的な要因により日常的に損傷を受けています。特に電離放射線はDNAを切断することでDNA二重鎖切断（DSB）を誘発し、その結果、細胞死やがん化を引き起こします。DSBはエラーの生じやすい『非相同末端結合』、または正確に修復可能な『相同組換え』により修復されることが知られており、二つの修復経路を適切に使い分けることがゲノムを維持するために重要だと考えられます。

これまで高線量の放射線を用いた研究結果から、ヒト細胞では非相同末端結合による修復が優位だと考えられてきました。しかし、高線量の放射線を用いた結果を一般化できるかはわかりません。そこで我々は低線量（弱）、高線量（強）の二種類の放射線を使い分け、ヒト細胞でのDSB修復活性を解析しました。その結果、低線量の放射線を照射した細胞では相同組換えがDSBを効率的に修復すること、放射線量が増加すると相同組換えの活性が弱まることを発見しました。この結果は、細胞がDNA損傷の『量』を感知し、適切な修復経路を使い分けていることを示唆すると考えられます。さらにDNA複製に関与するRIF1タンパク質が放射線量に依存して相同組換えの活性を弱めることを見出しました。これらの研究結果は、放射線治療においてがん細胞をより効率的に排除する手法の開発などに貢献すると期待されます。

本件研究は、斎藤（責任著者）が中心となり京都大学放射線生物研究センター小松研究室と国立遺伝学研究所鐘巻研究室にておこなわれました。

図：ゲノムに生じたDNA二重鎖切断は非相同末端結合または相同組換えにより修復されます。放射線量が増加するとRIF1タンパク質の働きにより、相同組換え修復が行われなくなることを見出しました。

• 第1著者の斎藤裕一朗博士研究員が同雑誌の「First person」で紹介されました。