現代のテクノロジーのおかげで、科学者たちは長い間絶滅した動物のゲノムを解読できるようになりました。今回、研究チームは新たな突破口を達成した。5万2000年前に死んだケナガマンモスの染色体を初めて回収し、読み取ったのだ。これが可能になったのは、この動物が死後すぐにシベリアで事実上フリーズドライされ、永久凍土の中で凍ったままになっていたからです。その結果、彼のDNAは「ガラス化」し、細胞内のDNAの大規模な配置さえも保存されました。これにより、マンモスには今日のゾウと同様の 28 本の染色体があることが明らかになりました。研究者らは、現在活動している DNA 領域の特徴的なループを再構築することさえでき、マンモスの皮膚細胞の遺伝子活性に関する情報を得ることができました。
有利な条件下では、死んだ人や動物の遺伝子構造が数世紀から数千年にわたって保存されることが長い間知られていました。これは特に、遺骨が北極の永久凍土やきつめに密閉された細粒物質の中で分解から保護されたままである場合に当てはまります。その後、研究者は骨、歯、皮膚の残留物から DNA 断片を抽出し、特殊な分析装置とコンピューター プログラムを使用して配列を決定し、正しい配列に組み立てます。これにより、たとえば、ゲノムの進化的変化や、現在絶滅した種の突然変異を検出することが可能になります。しかし、これらの短い DNA 断片 (通常はわずか数百塩基対の長さ) では、ゲノムの全体的な構造、たとえば DNA がどのように染色体に分割されているのか、どのセクションが読み取れるように解凍されたのかなどを明らかにすることはできません。この情報は、染色体の構造が化石に保存されている場合にのみ取得できます。また、この構造を読み取る方法があります。
ガラス化した遺伝物質
これはまさに、コペンハーゲン大学のマルセラ・サンドバル・ベラスコ率いるチームが初めて達成したことだ。彼らは、実際に染色体構造が保存された標本を発見するまで、さまざまな化石の遺伝学的検査に5年を費やした。これはシベリアの永久凍土で約5万2000年間凍っていたケナガマンモスです。 2018年に発見された化石では、皮膚や毛皮などの微細な組織や構造も保存されていた。 「私たちは、それが彼の死後間もなく、一種の凍結乾燥されたものではないかと疑っています」と共著者であるヒューストンのベイラー医科大学のオルガ・ドゥドチェンコは言う。
したがって、このマンモスは染色体構造の再構築に有利な条件を提供したのです。 「このような脱水サンプル中の細胞核構造は、信じられないほど長期間生存することができます」とドゥドチェンコ氏は説明する。このような条件下では遺伝物質が「ガラス化」する可能性があるため、これが可能になります。材料は凝固し、非晶質だが安定した構造を形成します。 「クロマチンガラスは窓のガラスに似ています。固体ではありますが、規則正しい結晶ではありません」とベイラー大学の主任著者エレズ・リーバーマン・エイデンは説明する。
古代マンモスの DNA の構造を解読するために、研究チームは動物の耳から皮膚サンプルを採取し、その細胞をいわゆる Hi-C 分析にかけました。これは、細胞核内のどの DNA セクションが互いに近く、したがって同じ染色体に属している可能性があるかを示しています。解析は成功し、絶滅した動物の染色体構造を初めて明らかにした。「ここで見つかったのは、これらのDNA断片の三次元配置が数万年にわたって固定されたままのサンプルだ」サンドバル＝ベラスコは言う。 「その結果、染色体の構造は保存されました。」研究者らはまず、マンモスの正確な染色体の数を決定しようと試み、成功した。「ケナガマンモスは28本の染色体を持っていることがわかりました。現生のゾウも28本の染色体を持ち、マンモスに最も近い現存する親戚であるため、これは完全に理にかなっています。」 」と共著者のコペンハーゲン大学のフアン・アントニオ・ロドリゲス氏は言う。
遺伝子活性の指標さえも保存されていた
研究チームが絶滅した動物の染色体を数えて再構築することに成功したのはこれが初めてだ。 「化石染色体は、これまで不可能だった洞察を可能にするため、真の変革をもたらします」とドゥドチェンコ氏は言います。たとえば、ゲノムの個々の染色体への分割は、長足類の進化の過去5万2000年間でほとんど変わっていないことが分析で示された。チームが判断したように、今日のゾウと比較して、より大きなDNAセクションの再構成はほとんどなかった。さらなる分析により、最大50ナノメートルの大きさのクロマチンループなどの最も微細な構造さえもマンモスの染色体に保存されていることが明らかになった。 「これらの DNA ループは、活性化制御配列を標的遺伝子の近くにもたらすため、重要です」と共著者であるバルセロナ国立ゲノム解析センターの Marc Marti-Renom 氏は説明します。これらのループは、マンモスで現在どの遺伝子が活発に読み取られているかも明らかにします。
これらおよびその他の構造的特徴を利用して、研究者らは初めてケナガマンモスの化石の皮膚における遺伝子活性を再構築することに成功した。 「ここで初めて巨大な組織が見つかり、そこからどの遺伝子のスイッチが入っていてどの遺伝子がオンになっていなかったかがわかりました」とマルティ・レノム氏は言う。 「また、古代の DNA サンプル中の細胞特異的遺伝子活性を決定できたのもこれが初めてです。」分析によると、マンモスの皮膚の活性遺伝子のパターンは、いくつかの重要な違いはあるものの、今日のアジアゾウのそれに最もよく似ていた。「毛包の発達に重要な遺伝子の活性パターンは、ゾウとは完全に異なっていることが判明した」 」と研究者は報告しています。これは、マンモスの毛皮が厚かったのに、現在のゾウが裸である理由を説明します。
研究チームによると、この発見とその発見に成功した方法は、マンモスや他の絶滅動物を研究する新たな機会を開くものであるという。エジプトのミイラやその他の保存状態の良い人骨の染色体構造さえも、この方法で解読できる可能性があります。 Sandoval-Velasco らがビーフジャーキーを用いた追加試験で発見したように、一度脱水すると、ガラス化した遺伝物質は室温でも安定なままであることがわかった。 「驚くべきことに、1歳の脱水牛肉のクロマチン構造は、車に轢かれたり、酸に浸されたり、ショットガンの発破など、多くの破壊的な影響に耐えた」と研究者らは報告している。
出典: Marcela Sandoval-Velasco (コペンハーゲン大学) 他、Cell、 doi: 10.1016/j.cell.2024.06.002
