単孔類の比較ゲノム学は哺乳類の表皮分化遺伝子の初期進化に関する洞察を提供する

AIによる要旨翻訳

環境に対するバリアとしての皮膚の機能は、表皮角化細胞が高度に耐久性のある角化細胞に分化することに依存している。角化細胞の構造的成分の多くは、表皮分化遺伝子群（EDC）と呼ばれる遺伝子クラスターにコードされており、これは有胎盤類や有袋類の哺乳類だけでなく、非哺乳類の四肢動物にも記載されている。ここでは、哺乳類の基底的な分類群である単孔類のゲノムを解析し、モノトレマ類のEDCの遺伝子構成を決定することで、哺乳類の表皮分化遺伝子の初期の進化に関する洞察を得た。我々の結果は、哺乳類特有のEDC遺伝子のサブファミリーである小プロリンリッチタンパク質（SPRR）や後期角化包膜タンパク質（LCE）ならびに単一コピーのEDC遺伝子であるインボルクリンが単孔類に保存されていることを示し、これらは幹哺乳類で起源を持つことを示唆している。単孔類には、フィラグリン（FLG）、フィラグリン2（FLG2）やホルネリン（HRNR）と相同性のある遺伝子が存在するが、いずれも明確な1対1の直接相同遺伝子ではない。カスパーゼ14は、フィラグリンの処理に関与すると考えられる表皮分化関連プロテアーゼであるが、ハリモグラでは少なくとも3つの遺伝子コピーが存在する。我々の結果は、単孔類の表皮分化遺伝子の進化における保存的でありながら分類群特異的な特徴を明らかにした。

論文オープン

Steinbinder J, et al. 2024

Comparative genomics of monotremes provides insights into the early evolution of mammalian epidermal differentiation genes

AIによる要約

• Introduction: 表皮の分化は哺乳類の皮膚のバリア機能に重要であり、表皮分化遺伝子群（EDC）はその過程で多くのタンパク質をコードする。EDCは哺乳類と爬虫類・鳥類にも存在するが、遺伝子の種類や数には大きな違いがある。単孔類は哺乳類の中で最も基底的なグループであり、特殊な皮膚構造を持つ。単孔類のEDCの解析は、哺乳類の皮膚の進化に関する重要な情報を提供すると考えられる。

• Results: 単孔類のEDCの遺伝子構成と配列を決定し、他の哺乳類と比較した。単孔類のEDCは、他の哺乳類と同様に、S100A遺伝子、SEDC遺伝子、SFTP遺伝子、PGLYRP遺伝子の4つのタイプからなる。SEDC遺伝子は、ロリクリンやインボルクリンなどの哺乳類共通の遺伝子と、CRCT1やLELP1などの獣亜綱特有の遺伝子に分けられる。SFTP遺伝子は、フィラグリンやホルネリンなどの哺乳類共通の遺伝子と、TCHHL2などの有胎盤類特有の遺伝子に分けられる。単孔類にはフィラグリンの直接的な相同遺伝子はなく、フィラグリンに関連するSFTP遺伝子が複数存在する。また、単孔類にはカスパーゼ14の遺伝子が増幅していることが分かった。

• Discussion: 単孔類のEDCの解析により、哺乳類のEDCの進化に関する新たな知見が得られた。SEDC遺伝子やSFTP遺伝子の多くは、哺乳類の祖先で既に存在していたことが示された。一方で、CRCT1やLELP1などの遺伝子は、単孔類と獣亜綱の分岐後に出現したことが示された。フィラグリンは、有胎盤類で進化的に多様化したSFTP遺伝子の一つであり、単孔類や有袋類では別のSFTP遺伝子がフィラグリン様の機能を果たしている可能性がある。カスパーゼ14の遺伝子増幅は、単孔類の皮膚の特殊化に関連しているかもしれない。単孔類のEDCの発現パターンやタンパク質構造の解析は、今後の課題である。