【研究領域課題番号】20K15769 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ハプロタイプ / ゲノム / メタゲノム / 多様性 / ヘテロ接合性 / ゲノム多様性 / 高ヘテロ接合性 / de novoアセンブリ

【研究成果の概要】

本年度では前年度に引き続きハプロタイプ解析用ツールの開発を実施した。開発を進めるにあたって、多数の微生物のハプロタイプが混在した微生物叢のメタゲノムデータは当ツールのテストに適しており、本研究の成果の応用先にもなることが見いだされた。そのため微生物叢のデータを用いて開発を推進し、類似した配列の誤接続を防ぎつつゲノム配列を決定可能なツール: MetaPlatanusを実装し論文発表した (Kajitani et al. 2021)。当ツールは正確性に優れ塩基あたりのコストが低いショートリードDNAシークエンサーのデータ、およびコストは高いが一度に長い配列を読み取れるロングリードDNAシークエンサーのデータを併用することで長いゲノム配列を決定できる。本手法は今後は繰り返し配列が多い真核生物のゲノムデータにも応用されることが期待される。
並行して近年に使用例が増加している、DNA分子の空間的な近接関係を捉えるHi-C法や、エラー率の低いロングリード技術であるHiFiリードの利用の検討も行った。代表者は所属研究室の人員と共同でHi-C法を利用したハプロタイプ配列決定手法を開発している (論文投稿中)。また、HiFiリードを用いても高ヘテロ接合性のサンプルに対しては課題が存在することもベンチマークにより確認している。
公開データを用いたヘテロ接合度分布の網羅的解析については進行中であるが、多数の生物種のゲノムを対象とした計画 (Vertebrate Genomes Project、Darwin Tree of Lifeｔ等) が急速に進行していることに注意を払っている。次年度はクラウド計算機資源を活用しつつ、大量のデータを並列的に処理して解析結果をまとめていく予定である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】18H02515 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒト / 寒冷適応進化 / 褐色脂肪組織 / 自然選択 / ゲノム多型 / 褐色脂肪細胞 / 熱産生 / ゲノム多様性 / 寒冷適応 / ゲノム / SNP / 遺伝学 / 生理学 / 一塩基多型 / 進化

【研究成果の概要】

ヒトが高緯度の寒冷環境に遺伝的に適応した証拠を発見するため、ヒトの体温調節に重要な役割を果たしている褐色脂肪組織の個人差や、寒冷刺激化での体温調節機能の変化等を生理学的な手法で詳細に解析し、これに関連するゲノム多型の進化パターンの解析を行った。その結果、ヒトが北アジアから南北アメリカ大陸への進出の際の寒冷適応の証拠と思われるゲノム領域を複数同定することができた。

【研究の社会的意義】

ヒトは、他の霊長類と同様に、低緯度の気温が高い地域で長く進化してきた生物だが、およそ10万年前以降の氷河期に高緯度の寒冷な地域にへの進出を果たした寒さに遺伝的に適応することが、高緯度地域への進出を後押ししたと考えられているが、その実体となる遺伝子は未だに明らかになっていない。この研究では、進化遺伝学解析、遺伝医学解析、生理学解析などの異なる研究手法を組み合わせてこの課題に挑戦し、ヒトの寒冷環境への適応に寄与する有力な候補遺伝子を同定することができた。また、このような遺伝子は、現代人の肥満のしやすさなどにも関わっていると予想されるので、新たな肥満予防・治療戦略の開発にも貢献できる可能性がある。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】17H01408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線 / 構造活性相関

【研究成果の概要】

本研究の目的は、ゲノムDNAの維持と再編に必須である相同組換えの中心反応 “相同鎖検索”が、クロマチン構造上でどのようになされるのかを明らかにすることである。クロマチン再構成技術、in vitro組換え試験系、そしてX線およびクライオ電子顕微鏡による構造生物学的解析を融合することで、クロマチン上における相同鎖検索のメカニズムの解析を行なった。その結果、減数分裂期組換えで働く因子であるSYCP3の生化学的特性、クロマチンが高度に凝縮しているヘテロクロマチンの基盤構造、相同鎖検索で重要なRAD52とDNAとの複合体構造などを明らかにした。

【研究の社会的意義】

DNAの二重鎖切断損傷は、ゲノム情報に重篤なダメージを与える。それゆえ、その正確な修復は生物の生存に必須の機構であり、相同組換えはその中心的な役割を果たす。相同組換えは、原核生物から真核生物に至るまで生物界に保存されている重要な生命維持機構である。また減数分裂期において、雌雄由来のゲノムDNA情報を交換する遺伝的組換えにおいても機能し、生物の多様性を生む機構をも担っている。二重鎖切断損傷修復の破綻が、がんなどの重篤な疾病の原因になっていることも報告されており、そのメカニズムの理解は、学術的および社会的に大きな意義を持つ。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】自然人類学

【研究領域課題番号】26291096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

モンゴル人 / ゲノム多様性 / 寒冷適応 / 正の自然選択 / 肥満 / SNP / 進化遺伝学 / 人類学 / 遺伝学 / 社会医学 / 進化 / ゲノム / 熱産生 / 東アジア

【研究成果の概要】

現代人の肥満はエネルギーの摂取量と消費量の不均衡にその原因がある。本課題では、エネルギー消費の一翼を担う「代謝性熱産生」に着目し、現代人の肥満感受性が、祖先集団が過去に獲得した寒冷環境への遺伝的適応形質の影響下にある、という仮説を実証すべく、全ゲノムレベルでのヒトの遺伝的様性パターンの解析、遺伝疫学解析、分子生物学解析を柱とする学際的研究を推進した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25250023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

本研究の目的は、クロマチン構造によって凝縮されている染色体ゲノムDNA上で、相同組換えがどのように行われているか、その分子機構を解明することである。本研究では、in vitro相同組換え反応系とクロマチン再構成系とを独自に融合させることで、高次クロマチン上における相同組換え反応機構を明らかにした。また、ヒストンバリアントによって形成される多様なクロマチン構造が、相同組換え反応を制御することを見出した。さらに、相同組換えの中心酵素であるRAD51とDMC1の機能差異について重要な知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】自然人類学

【研究領域課題番号】24657171 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / キノコ類 / 次世代シーケンサー / 多型 / 人類進化 / ヒト / ゲノム多様性 / 高速シーケンサー / 人類学 / 進化

【研究成果の概要】

ヒトと密接な関係にあった生物種のゲノム情報は、ヒトゲノム解析のみでは伺いしることの出来なかった、人類進化に関する貴重な情報を与えてくれる。本課題では、ヒトが古くから食料や医薬品などとして利用してきたキノコ類のゲノム情報からヒトの進化に関する知見を引き出す基盤を整備するべく、菌根菌の一種であるLactirus volumesを対象に、全ゲノム塩基配列解析への利用を目標としたDNA抽出法の検討、およびその全ゲノムレベルで多様性の解析を行った。その結果、L. volumesのゲノムは非常に多型的であり、進化集団遺伝学的解析の対象として好適であることが明らかになった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)