ヒトと植物のハイブリッド細胞がゲノム内の暗黒 DNA に関する真実を明らかにする

私たちのゲノムのどれくらいが本当に重要なのでしょうか?私たちの DNA のほとんどは活動しているので、何か重要なことをしているに違いないと主張する人もいます。ランダムな DNA であっても非常に活性が高いだろうと言う人もいます。このことは現在、植物 DNA の大量の塊を含む人間の細胞を研究することによってテストされています。 新しい科学者 そして事実上ランダムな植物の DNA は、確かに人間の DNA とほぼ同じ活性でした。

この発見は、ゲノム活動の大部分が何の目的も持たず、単なるノイズであることを示しており、したがって、ヒトゲノムの大部分がジャンクであるという証拠がさらに強化されることになる。

ニュージーランドのオークランド大学のブレット・アディ氏は、「大部分は背景騒音によって簡単に説明できます」と言う。 「これはジャンク DNA の考えとほぼ一致しているようです。」

DNA の主な機能は、細胞内でほぼすべての作業を行う分子機械であるタンパク質を作成するためのレシピを保存することです。 DNA レシピは、細胞のタンパク質製造工場であるリボソームにレシピを運ぶメッセンジャー RNA を作成するためにコピーされます。

当初、ほぼすべての DNA はタンパク質を作るためのレシピで構成されていると考えられていましたが、現在ではヒトゲノムのわずか 1.2 パーセントがタンパク質をコードしていることがわかっています。それで、残りは何をするのでしょうか？

1960年代以来、多くの生物学者は、それはほとんどががらくたであると主張してきた。確かに、タンパク質をコードしていないDNAのほんの一部は本当に重要であり、役に立つ働きをするビットは何十年にもわたって発見され続けるだろうが、そのような発見は、非コードDNAの大部分がジャンクであるという全体像を変えることはないだろう、と彼らは言う。

たとえば、2011 年の研究では、ゲノムの約 5 パーセントだけが長期にわたって保存されていることがわかりました。進化は残りの部分を気にしていないようです。ほとんどがジャンク陣営の生物学者らは、ゲノムのサイズが種によって大きく異なることも指摘している。たとえば、なぜタマネギには人間の 5 倍の DNA が必要なのでしょうか?なぜ肺魚は30倍もあるのですか？

しかし、他の生物学者は、ヒトの DNA が何かをするかどうか、たとえば、たとえその RNA が既知の目的を持たなかったとしても、RNA に変換されるかどうかに焦点を当てています。 2012年、ENCODEと呼ばれる大規模プロジェクトは、ヒトゲノムの80パーセント以上がこの意味で活性であると結論付け、これは結局のところ、ゲノムがジャンクではないことを示していると主張した。この陣営の一部の生物学者は、非コーディング DNA を指すために「ダーク DNA」という用語を使用していますが、その考えは、それが重要である理由はまだわかっていません。

ENCODEの主張に応えて、2013年にハーバード大学のショーン・エディはランダムゲノムプロジェクトを提案した。 「完全にランダムな合成 DNA の数百万塩基を人間の細胞に入れ、それに対して ENCODE プロジェクトを実行すると仮定します。」と彼は書いています。

ENCODE が機能の証明として称賛されるすべてのアクティビティを今後も見ることができるでしょうか? 「そうだと思います」とエディは結論づけた。

「活動を測定するだけでは実際には何も結論づけることはできません。そして、それがショーン・エディのランダムゲノムのアイデアの素晴らしさであり、本当に必要なのはこのベースラインであるということです」と、同じくオークランド大学のオースティン・ガンリーは言う。 「その基準がなければ、機能するものとジャンク品のどちらを選ぶかという点では、何を見てもあまり意味がありません。」

しかし、合成 DNA の作製には費用がかかります。これまで、ランダムゲノムプロジェクトの唯一の試みは、約 100,000 塩基対以下の小さな DNA 断片を対象としたものでした。

しかし、Adey と Ganley は、日本の研究者がターレ クレスから 3,500 万塩基対の DNA を含むヒトと植物のハイブリッド細胞を作成したことを知りました。シロイヌナズナ）、彼らは、これがこれまでで最大規模のランダムゲノムプロジェクトとみなされる可能性があることに気づきました。

研究には関与していないエディも同意する。植物と動物は少なくとも 16 億年前に共通の祖先から分岐したため、その間に突然変異によって非コード DNA が「効果的にランダム化」されました。 シロイヌナズナ。 このアプローチについて尋ねられたとき、エディ氏はすべての部位が数回変異していると推定した。

人間の細胞に関する限り、植物の DNA が事実上ランダムであることを確認する最初の研究の後、Adey と Ganley は、非コード DNA 1000 塩基対あたりの DNA から RNA への変換開始点の数を測定しました。

DNA が RNA に変化することが本当に機能の兆候であるならば、植物 DNA はほとんど RNA に変化しないはずです。実際には、Adey と Ganley は活動がわずかに少ないことを発見しました。非コーディングの 1 キロベースあたりの開始サイトの数は約 80 パーセントでした。 シロイヌナズナ DNA とヒトの非コーディング DNA の比較。

言い換えれば、これは、ENCODE によって認識されるほぼすべてのアクティビティがノイズであることを強く示唆しています。

「これは、生物学がいかに騒がしいものであるかを示す素晴らしい例です」と、英国エディンバラ大学のクリス・ポンティング氏は言う。 「この中で起こっている生化学的活動は、 [plant] この配列は明らかに人間の細胞に機能を与えません。」

「この非常に洗練された研究が必要でした」とテキサス州ヒューストン大学のダン・グラウル氏は言う。 「これは、長年明らかであったことを裏付けるさらなる実験的証拠を提供するものである。ヒトゲノムのほとんどはジャンクである。『ダークDNA』という用語は、物理学への羨望の悪いケースを持つ人々によって夢想された、笑えるナンセンスである。」

完璧に設計されたシステムではノイズは発生しないとガンリー氏は言いますが、進化によって完璧な設計が生まれるわけではありません。そしてノイズには利点もある。 「ノイズが多く含まれる不完全なシステムがある場合、そのノイズが実際に興味深いものを生み出し、選択によってそれを拾うことができるのです」と彼は言います。

研究チームはまだ、なぜ人間の DNA の活性が 25% 増加したのかを説明できていない。 「私たちが本当に言えるのは、これには説明が必要だということだけです」とガンリー氏は言う。

余分な RNA の一部に機能がある可能性はありますが、これはほとんどジャンクな結論を変えるものではありませんが、他の潜在的な説明もあります。研究者らは現在、機械学習を利用して、意味のある可能性のあるアクティビティをバックグラウンドノイズから区別する方法を見つけられるかどうかを確認している。

研究チームは調査結果を発表する予定だが、まだ論文を書いていない。