ヒト19番染色体の異常な塩基配列の特徴は、ヒト以外の霊長類11種で保存されている

Unusual sequence characteristics of human chromosome 19 are conserved across 11 nonhuman primates.

• R Alan Harris
• Muthuswamy Raveendran
• Kim C Worley
• Jeffrey Rogers

抄録

背景:

ヒト19番染色体は、ゲノム全体の平均の2倍以上の遺伝子密度を持ち、20個の大きなタンデムにクラスター化した遺伝子ファミリーを持つなど、多くのユニークな特徴を持っています。また、特に遺伝子クラスターの外側では、どの染色体よりも高いGC含量を持っています。高いGC含量とそれに伴うハイパーミュータブルCpGサイトの含量の高さは、19番染色体が種内でも種間でもより高いレベルのヌクレオチド多様性を示し、遺伝子発現を制御するDNAメチル化の大きなバリエーションを持っている可能性を提起している。

BACKGROUND: Human chromosome 19 has many unique characteristics including gene density more than double the genome-wide average and 20 large tandemly clustered gene families. It also has the highest GC content of any chromosome, especially outside gene clusters. The high GC content and concomitant high content of hypermutable CpG sites raises the possibility chromosome 19 exhibits higher levels of nucleotide diversity both within and between species, and may possess greater variation in DNA methylation that regulates gene expression.

結果:

霊長類の代表的な種にまたがる19番染色体オルソログのGCとCpG含量を調べた。ゲノム集合体に適した霊長類12種すべてにおいて、19番染色体のオルソログは、どの染色体よりも高いGC含量を有していた。CpGジヌクレオチドおよびCpG島もまた、19番染色体オルソログでは他の染色体よりも多く見られた。GCおよびCpG含量は、一般的に遺伝子クラスターの外側で高い。ヒト共通dbSNP、アカゲザル、カニクイザル、ヒヒ、マーモセットのデータセットにおけるSNPに基づく種内変動は、19番染色体とそのオルソログで最も多く見られます。また、フィロピー保存に基づく種間比較では、19番染色体のプロモーターのフランキング領域とエンハンサー領域のヌクレオチド進化が加速されていることが示されています。これらの同じ制御領域は、どの染色体よりも高いCpG密度を示し、かなりのメチローム制御の可能性を持っていることを示唆している。

RESULTS: We examined GC and CpG content of chromosome 19 orthologs across representatives of the primate order. In all 12 primate species with suitable genome assemblies, chromosome 19 orthologs have the highest GC content of any chromosome. CpG dinucleotides and CpG islands are also more prevalent in chromosome 19 orthologs than other chromosomes. GC and CpG content are generally higher outside the gene clusters. Intra-species variation based on SNPs in human common dbSNP, rhesus, crab eating macaque, baboon and marmoset datasets is most prevalent on chromosome 19 and its orthologs. Inter-species comparisons based on phyloP conservation show accelerated nucleotide evolution for chromosome 19 promoter flanking and enhancer regions. These same regulatory regions show the highest CpG density of any chromosome suggesting they possess considerable methylome regulatory potential.

結論:

19番染色体のオルソログ、特に遺伝子クラスターの外側にGCとCpGが多く含まれているパターンは、ヒトからマウスキツネザルまで、7,400万年に及ぶ霊長類の進化の歴史の中で存在している。霊長類の種内でも種間でも多くのCpGの変異が存在し、その変異の一部は調節領域で発生している。

CONCLUSIONS: The pattern of high GC and CpG content in chromosome 19 orthologs, particularly outside gene clusters, is present from human to mouse lemur representing 74 million years of primate evolution. Much CpG variation exists both within and between primate species with a portion of this variation occurring in regulatory regions.