인간 Y 염색체 분절 복제

Segmental duplication on the human Y chromosome

분절 복제는 길이가 1~400kb에 이르는 DNA 블록으로 게놈 내의 여러 부위에서 재발하며 90% 이상의 유사성을 [1]공유합니다.여러 연구에서 분절 복제의 위치와 염색체 불안정 영역 사이의 상관관계를 발견했다.이 상관관계는 그들이 몇몇 유전체 장애의 매개자일 수 있다는 것을 암시한다.분할 복제는 큰 상동 반복에 의해 양쪽에 측면으로 나타나며, 이는 영역을 비상동 상동 재조합에 의한 반복 재배치에 노출시켜 원래 시퀀스의 [1]삭제, 복제 또는 반전을 초래한다.

배경

세그먼트 복제 검색

세그먼트 복제의 카탈로그 작성은 본래 눈에 띄지 않는 것, 큰 크기 및 높은 수준의 시퀀스 유사성 때문에 어려웠다.이로 인해 이러한 중복이 순서가 맞지 않고 할당되지 않은 콘티그에 과도하게 나타나기 때문에 개별 로케이스를 하나의 시퀀스로 해석하는 문제가 발생하였습니다.게다가 이러한 복제는, 색소 주변 영역과 아색소 영역내에서 보다 널리 행해지고 있습니다.BACs 염색체 내 duplications을 포함하고 있는 그들의 중복 패턴 아직도 여기에 있다를 사용하여 간주될 수 없다. 비교는 아직도 여기에 있다와 염색체 위치 BLAST.[2]과학자를 사용하여 양성으로 나와 염색체들 이러한 분절 duplications의 위치를 파악하려고 시도해 왔다 사이에서 만들어질 수는 있지만, 정확한 문제에 부딪힐 수 있다.s이 중복 영역 내에서 일치시킵니다.이 때문에 과학자들은 이러한 분절 [2]복제로 인해 정확한 인간 게놈 조립이 어렵다는 데 공감하고 있다.

게놈 불안정성

반복으로 둘러싸인 게놈 영역은 복사 번호의 변동이 발생하기 쉬운 게놈 불안정성의 잠재적 핫스팟을 나타냅니다.더 크고 더 많은 상동성 중복 염기서열은 더 산발적인 부분신경절개(segmental aneusomy) 현상을 초래하는 것으로 나타났다.인간 게놈은 총 274Mb, 전체 게놈의 10%에 해당하는 130개의 영역을 포함하고 있으며, 이러한 염색체 내 복제와 함께 있다.과학자들은 현재 이 지역들 중 25곳이 어떤 형태의 유전 [1]질환과 직접적으로 관련이 있다고 밝혀냈다.추가 연구에서 복사 번호 다형 형태의 게놈 불안정성을 보이는 51개 영역이 확인되었다.또한 이러한 CNP가 다른 민족 집단에서도 유행하고 있는 것이 관찰되었다.이를 통해 두 가지 중요한 주장을 할 수 있습니다.첫째, 구조적인 재편성은 진화적으로 오래되어 민족이 분리되기 전에 일어났을 가능성이 있다.둘째, 각 민족 집단 내에서 독립적으로 일어났을 가능성도 있다.또, CNP 의 영역내에서 세그먼트(segmental)의 중복이 증가하고 있는 것을 조사 결과, 그 중복이 카피 번호의 변동의 원인이 되고 있는 것을 알 수 있었습니다.많은 CNP가 인간 [1]게놈 내에서만 널리 퍼진다는 가설은 진화적으로 최근에 일어난 분절 복제 사건의 부재 또는 존재 때문에 인간 게놈 내에서만 널리 퍼진다는 것을 암시한다.이것은 분절 복제가 인간 게놈 내에서 염색체 재배열의 위치를 정의하는 데 책임이 있다는 것을 보여준다.세그먼트 복제는, 카피 번호에서도 그 자체가 다른 경우가 많습니다.

영장류 분절 복제

대부분의 인간 분절 복제는 길이가 300kb 미만인 반면, 연구는 침팬지와 같은 다른 영장류들은 더 많은 복제를 가지고 있다는 것을 보여주기 시작했다.적어도 94%의 공유 ID를 가진 복제의 약 3분의 1에 대해 복사 번호와 컨텐츠에 차이가 있습니다.하지만 영장류의 분절 복제 수준을 다른 포유동물과 비교할 때, 우리는 평균적으로 영장류가 다른 포유류 [3]세계보다 더 많은 것을 포함하고 있다는 것을 알 수 있다.

세그먼트 복제는 진화적으로 중요한 것으로 가정되어 왔다.이를 통해 인간과 침팬지를 비교할 때 새로운 계통 분할 복제 지도가 공통 조상 복제에 가까운 것으로 관찰됐다.이 현상은 복제 섀도우링이라고 하며, 복제 측면의 고유한 영역이 랜덤하게 복제된 다른 영역보다 약 10배 더 복제될 가능성이 높다는 것을 나타냅니다.영장류 게놈의 다른 포유류 게놈과 구별되는 한 가지 요인은 염색체 간 및 염색체 간 중복이 풍부하다는 것이다.인간 복제의 48%는 염색체 간으로 칭할 수 있는 반면,[3] 마우스는 13%이다.

영장류 게놈에서 발견되는 분절 복제는 세 가지 분류 중 하나로 분류된다.이들은 색소주위 영역, 아색소 영역 및 간색 영역입니다.염색체 주변 영역의 분절 복제는 배열의 약 30%가 다른 염색체로부터 발생하는 복제로 추적될 수 있다는 점에서 독특하다.근색소 영역에서의 세그먼트 복제의 수는 매우 다양하며, 0에 불과합니다.43개의 염색체 주변 영역 중 29개는 인간 게놈에서 발견된 모든 분절 복제의 거의 1/3인 총 47.6Mb의 분절 복제 형태를 가지고 있다.소구체 영역에서의 분절 복제는 염색체 간 분절 복제로 농축된다는 점에서 염색체 주변 분절 복제와 유사하다.42개의 서브텔로미어 영역 중 30개는 세그먼트 중복을 포함한다.그러나 총계는 2.6Mb에 불과합니다.아색소체 영역의 중복이 염색체 주변 영역과 같이 다른 염색체로부터 발생하는지 여부는 알려지지 않았다.간질영역 세그먼트 복제는 색소주위 영역과 아색소 영역 사이의 에크로마틴에 분포한다.그것들은 염색체 간 복제의 대부분을 차지한다.간질 복제는 염색체 간 [3]복제와 비교하여 가장 크고 정체성이 높은 인간 세그먼트 복제의 대부분을 구성한다.

세그먼트 복제의 형성에 따라 베이스 페어 치환, 삽입, 삭제 및 역이동과 같은 진화의 힘이 모두 가능하다.세그먼트 복제는 호몰로지 중심의 돌연변이를 겪는 것으로 제안되었다.구조적인 변화를 일으키는 두 가지 주요 호몰로지 중심 프로세스가 있습니다.세그먼트 복제 간의 호몰로지는 NAHR을 시작할 수 있다.NAHR은 매우 유사한 세그먼트 복제의 정렬에 이어 병렬 재조합 또는 세그먼트 복제 복사에서 다른 세그먼트 복제로 시퀀스의 비호환 전송을 통해 발생한다.이것은 유전자 변환이라고 불리며, 새롭게 만들어진 계산 [3]알고리즘을 사용하여 검출될 수 있다.

진화에서의 역할

분절 복제는 또한 새로운 유전자가 만들어지는 주요 메커니즘 중 하나이기 때문에 새로운 유전자의 진화에 있어 그들의 역할에 중요하다.분절 복제가 새로운 유전자를 만드는 데 있어서 작동하는 가장 일반적인 방법은 그것이 함께 있든, 혹은 서로 다른 형태로 있든, 전체 유전자를 복제하는 것이다.전체 유전자 산탄총 염기서열 분석을 통해 유전자 밀도가 세그먼트 복제 [3]밀도와의 상관관계를 나타내는 가장 큰 요소인 것으로 밝혀졌다.그러나, 이것은 모든 분절 복제가 유전자에 대해 풍부하다는 것과 모든 복제 영역이 새로운 유전자의 형성을 위한 장소라는 것을 의미하지는 않는다.오히려 간질성 염색체 간 복제를 포함하는 세그먼트 복제는 유전자가 가장 농축된 영역인 것으로 나타났다.소색소 영역과 소색소 영역을 비교하면 소색소 영역이 유전자 함량과 전사 활성을 더 많이 포함하고 있는 것을 알 수 있다.분절 복제에서 발견되는 유전자들도 특성을 공유한다.첫째, 양성 선택의 강한 시그니처는 분할적으로 복제된 유전자에 공통적이다.둘째, 이 유전자들은 다른 유전자보다 5배에서 10배 더 많은 종간과 종간 구조 및 복제 번호의 변화를 보여준다.마지막으로, 면역 반응과 이생생물 인식은 이러한 유전자 안에서 농축된 기능들이다.함께, 이것은 인간과 영장류 적응 [3]진화에서 세그먼트 복제에 대한 중요한 역할을 시사한다.

이것은 다형성 삽입, 반전, 결실이 분할 복제 부위 근처에서 더 자주 발견되기 때문에 사람에게 큰 영향을 미친다.침팬지에게서 비슷하게 관찰된, 이것은 중복된 지역이 계속해서 현대 영장류 [3]개체군의 재배열과 진화를 하고 있다는 것을 암시한다.최근의 연구는 또한 세그먼트 복제와 구조적 변화 또한 보호와 유익한 효과를 가지고 있다는 것을 시사한다.분절 복제에 의해 매개되는 900kb 역전 다형은 아이슬란드 인구의 출산율 증가를 위한 긍정적인 선택과 관련이 있다.또, 복제에 의한 CCL3L1의 카피수의 증가는, HIV [3]감염에 대한 감수성의 저하와 관련된다.

인간 Y염색체

인간 Y염색체는 50.[3]4%로 인간 게놈 내에서 가장 많은 중복 배열을 포함하고 있다.대부분의 염색체(63Mb 중 41Mb)는 3개의 블록의 반복 위성과 다른 반복으로 이루어져 있다.다른 22Mb 에크로마틴 영역도 유전자가 풍부한 회문(palindrome)[4]을 가진 독특한 유전자 구조를 가지고 있다.

인간 Y염색체의 에크로마틴/헤테로크로마틴 전이 영역의 분할적 중복

염색체 주변 영역을 매핑하는 데 어려움

다른 영장류 Y염색체뿐만 아니라 인간 Y염색체에서도 가장 중요한 것은 주변색체와 아색체 영역이다.염색체 주변 영역은 염색체의 중심체 주변 영역이다.그러나 이러한 주변 색소 문제의 매핑에는 문제가 있습니다.주로, 색소 주변 지역은 높은 유사성(98% 이상)을 보인다.이것으로부터, 전체 게놈 샷건 접근법을 사용하여 배열 콘티그들을 분해하는 것이 점점 더 어려워지고 있다.이 문제를 해결하기 위해 색소 주변 영역의 매핑을 용이하게 하는 새로운 기술이 개발되었습니다.중요한 돌파구는 이 새로운 방법론을 통해 이러한 중복을 탐지할 수 있었다는 것입니다.이는 검출을 위한 cis 기반 접근법이 아닌 트랜스크로모좀 분석을 사용하여 달성되었다.이 새로운 방법은 BAC 클론 검출과 더불어 이전에는 염색체 주변 영역의 [5]헤테로크로마틴 부분을 측정하기가 어려웠던 것을 가능하게 했다.이를 통해 이들 지역을 보다 면밀히 조사할 수 있습니다.

Yq11 주변 색소 영역

Y 염색체의 염색체 주변 영역은 위성 3열과 염색체의 긴 팔 사이에 있는 450kb의 에크로마틴 섬이다.전체 게놈 조립 비교 실험 결과 Y 염색체 주변 염색체 배열의 80.2%가 분절 복제로 구성됐으며 염색체 간 및 염색체 내 DNA의 73.8%와 5.3%가 각각 복제됐다.그것은 영장류 [4]진화의 최근 3천만 년 이내에 유래한 것으로 추정됩니다.FISH 테스트에서는 세그먼트가 매우 중복되고 신호의 대부분이 [4][6]염색체의 중심색소 영역 근처에 위치한다는 것이 확인되었습니다.또한, 주변 염색체 Yq11 영역은 1, 2, 3, 10, 16, 22번 염색체와 긴 염기서열을 공유한다.이 같은 영역에서는 36개의 모듈이 염색체 간에 분산되며 1개의 모듈만 염색체 내에 분산됩니다.Yq11 영역에는 20개의 유전자가 있으며 그 중 13개는 기능성 유전자가 아닌 것으로 추정된다.이들 유전자 세그먼트 중 8개는 퇴화된 가공된 의사유전자의 특징을 나타내며, 5개는 부분적인 [4]엑손인트론 구조를 나타낸다.

msr의 다중 복사 증폭 유전자y

msrY는 유대류와 태반 포유류에서 Y 염색체의 남성 특이 영역이다.이 Y염색체에는 여러 개의 복사가 있는 앰플리콘 유전자가 있다.이 유전자 그룹은 유전자 변환을 거친다.앰플리콘 유전자는 상염색체 유전자에 비해 빠르게 진화한다.사실, 그들은 심지어 Y 염색체에 위치한 단일 복사 유전자보다 더 빨리 진화한다.마지막으로, 이러한 앰플리콘 유전자는 과거의 [7]구세계 원숭이들에 비해 현생 인류와 침팬지에서 더 빨리 진화한다.

세그먼트 복제의 진화 역학

Y 염색체의 남성 특이 영역은 이색 배열의 모자이크를 포함한다.그것은 또한 증폭 유전자, X-변환 유전자, X-변환 유전자, X-변환자의 세 가지 종류의 유로크로매틱 배열로 구성되어 있다.또한 Y 염색체의 Yq11 영역에 대해 추가적인 유로크로매틱 배열이 존재하는 것으로 나타났다.이 지역들은 모두 주로 염색체간이다.또한 Y 염색체에는 총 4개의 에크로마틴/헤테로크로마틴 전이 영역이 추가로 3개 있다.이것들은 모두 Yp11.2/Yp11.1, Yq11.1/Yq11.21, Yq11.23/Yq12 및 Yq12/PAR2 입니다.이들 4개 영역 중 Yq11.23/Yq12 영역은 염색체 13의 다른 긴 팔 영역에서 유래한 반복 TPTE와 SLC25A15 복제 아이콘으로 구성되어 있어 구조가 독특하다.또한 Yp11.2/Yp11.1 및 Yq11.1/Yq11.21 영역은 보다 오래된 복제를 포함하고 있으며 주로 서브엘로머 영역에 위치합니다.오늘날, 이러한 복제품들은 현생 인류와 침팬지의 색소 주변 영역에 매핑되는 것을 선호한다.구세계 원숭이들의 섬세체 영역에서 현생 영장류의 색소체 주위로의 변화가 있었다.이러한 진화적 변화는 고차 알파 위성 [8]개발뿐만 아니라 아연체 영역의 단축과 일치한다.

Yp11.2/Yp11.1 이행 지역

이 영역은 95% 이상의 염기서열 동일성을 가진 다른 염색체의 분절 복제에 대한 상동성을 보이지 않는 유일한 영역이다.끈성 조건을 낮추면 1, 2, 3, 4, 8, 9, 10, 16, 18번 염색체와 상동성을 확인할 수 있다.침팬지 Y염색체에는 Y염색체 동원체가 두 개, Yp11.2에 세 개의 인간영역 복사본이 있다.인간 영역과 침팬지 영역 모두 염색체 동원체 근처에서 발견되는 전형적인 알파 위성 DNA로 둘러싸여 있다.첫 번째 중복 전이는 약 1.2mya에 발생했고 두 번째 더 큰 게놈 염기서열 반전이 88만 [8]ya 발생하였다.

Yq11.1/Yq11.21 전이 지역

침팬지 Y염색체는 인간 영역의 직교 부분에 걸쳐 있으며, 인간 영역은 직교 침팬지 영역에 완전히 포함된다.분절 복제는 침팬지 [8]게놈에서 찾을 수 없는 1, 11, 14번 염색체를 제외하고 두 게놈 사이에서 주로 일치한다.

Yq11.23/Yq12 및 Yq12/PAR2 이행 지역

Yq11.23/Yq12 영역을 볼 때 93%의 일치율을 보이는 커플을 제외하고 인간과 침팬지 염색체 모두에서 많은 부분 중복을 발견할 수 있다.그러나 Yq12/PAR2 전이 영역에 대해서는 직교 시퀀스를 검출할 수 없었습니다.Yq11.1/Yq11.21, Yq11.23/Yq12 및 Yq12/PAR2 전이영역에서 분할복제가 인간과 침팬지 [8]게놈의 색소주위영역에 축적되는 경향을 보이는 것으로 나타났다.

인간 이외의 영장류 염색체 간 분절 복제

수마트라 오랑우탄, 흰발가락 귀마모셋, 큰 덤불아기, 그리고 회색 쥐여우원숭이를 분석한 결과, 더 오래된 복제 사건에 해당하는 8개의 새로운 복제 동물이 발견되었습니다.게다가, 이것은 이 복제체들이 다른 포유동물 종들보다 더 많이 분화되었음을 보여준다.또한 4개의 변이된 역트랜스포존 삽입은 이러한 [9]포유류에 대한 에크로마틴/헤테로크로마틴 전이 영역의 배열 필요성을 나타내는 추가 조상 복제 아이콘의 전체 존재를 시뮬레이션한 것으로 나타났다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d 샤프, 앤드류 J. 등(2005).인간 게놈의 세그먼트 복제와 복사 번호 변화.American Journal of Human Genetics, 77(1), 78-88.
  2. ^ a b 베일리, 제프리 A. 등(2001).세그먼트 복제:현재의 인간 게놈 프로젝트 어셈블리 내에서의 조직과 영향.게놈 연구, 11(6), 1005–1017.
  3. ^ a b c d e f g h i Bailey JA, Eichler EE (2006)영장류 분절 복제: 진화, 다양성, 질병의 도가니.Nat Rev Genet 7:552 – 564.
  4. ^ a b c d 키르슈, 스테판(2005년) 외인간 Y 염색체의 염색체 주변 영역의 염색체 간 분절 복제.게놈 연구, 15(2), 195~204.
  5. ^ Horvath, Juliann E. 등(2000).인간 주변 염색체 DNA의 모자이크 구조: 인간 게놈의 복잡한 영역을 특징짓기 위한 전략.게놈 연구, 10(6), 839–852.
  6. ^ Wiland, Ewa. 등 (2015년)무생식성 남성에서 탈노보더티브 Y염색체(Yq 복제 및 부분 Yp 결실)의 FIH 및 어레이 CGH 특성화.생식 생물의학 온라인, 31(2), 217–224.
  7. ^ 게누, 아나헤미나외 (2016) 영장류 Y 염색체에서의 다중 복사 유전자 패밀리 진화.BMC Genomics, 17, 157
  8. ^ a b c d 키르슈, 스테판(2008년).인간 Y염색체 에크로마틴/헤테로크로마틴 전이 영역에서 세그먼트 복제의 진화 역학.게놈 연구, 18(7), 1030–1042.
  9. ^ 키르슈 스테판(2009년).염색체 간 분절 복제를 연구하기 위한 비인간 영장류 BAC 자원.세포유전자 게놈 Res125:253-259