回渕修治研究員らの研究グループは、dmrt1という転写因子遺伝子から独立して誕生した雄決定遺伝子メダカdmyと雌決定遺伝子ツメガエルdm-Wの分子進化において、正の選択圧下の共通のアミノ酸置換を検出し、これがDNA結合能と転写調節能を増強することを明らかにした。この平行進化は性決定という新機能獲得に貢献し、性決定遺伝子として確立・固定に寄与した可能性が示唆された。この研究成果は、2020年1月24日付で科学学術誌『iScience』に掲載される。セリンからスレオニンへの平行アミノ酸置換)を検出した。DM-Wの共タンパク質は、平行アミノ酸置換によってDNA結合能と転写調節能が増強された。この置換は、転写因子としての機能進化を引き起こした。dm-Wの新・性決定遺伝子として集団内での確立と固定に寄与した可能性が示唆された〔図1参照〕。本研究で解析した2つの性決定遺伝子(メダカのオス決定遺伝子dmyとアフリカツメガエルメス決定遺伝子dm-W)は両者ともに、dmrt1というオス化誘導遺伝子から、それぞれの祖先で収斂的(独立)に重複し出現した遺伝子です〔図1参照〕。dm-Wは、動物界では雌ヘテロ(ZZ/ZW)型およびメス決定型の性決定遺伝子として初めての発見です。同じdmrt1から重複進化したにも関わらず、雌雄性決定において、真逆の機能を持ちます。2012)が、その意味は未解明のままでありました。本研究では、性決定遺伝子の誕生・確立に、共通メカニズムは存在するか?という疑問に答えるため、dmrt1から独立に重複進化した2つの性決定遺伝子(メダカdmy、ツメガエルdm-W)の分子進化機構を比較解析しました。■研究内容と成果(1)メダカ属3種のDMYとツメガエル属3種のDM-Wの系統樹と祖先配列の解析から、それぞれの祖先において、DMRT1からDMYでは2つ、DM-Wでは5つのアミノ酸置換が推定され、その中に共通のアミノ酸置換が検出されました。この共通のアミノ酸置換(平行アミノ酸置換)は、DNA結合ドメイン内にあり、そのドメインのN末端から15番目のセリンがスレオニンへ置換【S15T】していました〔図1参照〕。(2)dN/dS比の解析から、この平行アミノ酸置換【S15T】は、DMYとDM-Wの分子進化において両者共に、正の選択圧下にあることがわかりました。vitro結合実験および細胞内発現系における比較解析から、平行アミノ酸置換【S15T】は、転写因子として、塩基配列特異的DNA結合能と転写制御能の増強に寄与することがわかりました〔図1参照〕。dm-Wで起きた平行アミノ酸置換【S15T】は、両者共に誕生初期で起きたと考えられ、この置換が新・性決定遺伝子としての確立および集団内での固定に寄与した可能性が示唆されました。おいて、アミノ酸レベルで共通性ある方向性進化を示唆する初めての知見であります。性決定(雌雄の決定)カスケードのトップポジションに座する性決定遺伝子は、哺乳類・鳥類のような分化した性染色体をもつ系統を除き、近縁種間でも(集団間でさえも)相違(多様性)が見られる場合があり、進化的保存性が乏しい稀有なタイプの遺伝子です。雄を決定する遺伝子で、脊椎動物では未分化生殖巣を卵巣あるいは精巣形成に導くカスケードのトップポジションに位置する遺伝子である。遺伝的性決定では性決定遺伝子が座位する染色体が性染色体となる。異なる系統間の相同な分子の進化における共通な変化を平行分子進化と呼ぶ。結合するDNA結合ドメインを持つことを特徴とするが、多くの転写因子は、転写調節領域を併せ持つ。北里大学は、7つの学部を擁する生命科学の総合大学です。建学の精神とし、「実学」を通して社会に貢献することを目指しています。(2015年)は、まさに北里柴三郎から脈々と続く先人の開拓精神を体現したものです。