哺乳類ゲノムの数千の未知のDNA配列を発見

29種の哺乳類ゲノムの大規模な比較研究は、ヒトゲノムの機能と構成の原理の見直しにつながる可能性があります。科学者たちは、長らく存在が疑われてきた遺伝的「ダークマター」を直接観察することに成功しました。ヒトとマウスのDNAを比較したこれまでの研究では、タンパク質そのものをコードしているのではなく、他の遺伝子の活性を制御する調節配列が相当数存在するという間接的な結論が出ていました。しかし、既に知られ特徴づけられている調節因子とは異なり、それらの存在は仮説の域を出ませんでした。だからこそ「ダークマター」と呼ばれたのです。どこかに存在しているはずなのに、誰もそれを観察できていないのです。

マサチューセッツ工科大学（米国）の研究チームは、世界各地の科学研究機関の同僚と協力し、この研究に成功しました。5年間にわたり、ヒト、ゾウ、ウサギ、コウモリなどを含む29種の胎盤を持つ哺乳類のゲノムを解読し、比較しました。そのうち20種については、ゲノムDNA配列が初めて取得されました。科学者たちはまず、種間でほとんど変化しない配列に注目しました。こうした領域の高い保守性こそが、制御配列に疑念を抱かせたのです。

その結果、遺伝子の活動に直接影響を与える高度に保存された配列が1万個、複雑な構造を持つ調節RNAの合成の基盤となる配列が1,000個以上発見されました。また、遺伝子がいつどこで機能するかを決定する転写因子との相互作用の潜在的な標的となる部位が270万個も発見されました。さらに、タンパク質に関する情報を含む4,000個の新しいコード配列も発見されました。ヒトゲノムは完全に解読されたとはいえ、多くのDNA配列の機能は未だ解明されていません。たった1つのゲノムだけを扱う場合、どの部位がタンパク質をコードし、どの部位が調節機能を果たすのかを特定することはほぼ不可能です。しかし、他のゲノムと比較すると、そのような課題は十分に解決可能です。

研究者たちは、哺乳類の進化を1億年以上にわたって分子レベルで追跡することに成功しました。環境条件の変化への適応は、ゲノム制御の変容、そしてまさに「ダークマター」（もはやそれほど「ダーク」ではない）の構成と活動に反映されています。例えば、類人猿から人間を生み出した遺伝子を解明することが可能になりました。以前は、その数は約200個で、脳の発達や四肢の構造を担うものもありました。今日では、DNA中のそのような配列の数は1,000個にまで増加しています。

医学もまた、新たな時代を迎えなければなりません。多くの疾患は、DNAのコード領域における変異に直接関連しています。これらの変異はタンパク質自体の構造を損傷します。しかし、さらに多くの疾患は、遺伝子活性の制御の破綻によって引き起こされます。つまり、タンパク質が本来あるべきでない場所で、あるいは本来あるべき場所で、あるいは必要な量で合成されなくなることです。したがって、ゲノム中の制御エレメントの新しく詳細かつ拡張されたマップがあれば、多くの疾患の真の原因を突き止めることができるでしょう。