αサテライト（アルファサテライト）は、ヒトを含む多くの哺乳類のゲノムに見られる繰り返しDNA配列の一種です。これらの配列は、特に染色体のセントロメア近くに集中して存在し、染色体の正確な分配を助けるセントロメアの形成と機能に重要な役割を果たしています。αサテライトDNAは、数百から数千回繰り返される170〜171ベースペアの単位から成り、この繰り返し構造がセントロメアの構造的基盤を提供します。
αサテライト配列は、セントロメアの形成に必要な特定のタンパク質を結合させ、染色体が細胞分裂時に姉妹染色分体として正しく分離されることを保証するためのプラットフォームとして機能します。このように、αサテライトは細胞の遺伝物質が正確に次世代の細胞に伝えられるための基本的な構成要素の一つです。
研究によっては、αサテライトの配列の変化や不正確な配置が染色体異常や疾患の原因になることも示唆されています。これらの配列は遺伝学と細胞生物学の研究において重要な対象となり、人間のゲノムの構造と機能を理解する上での基礎的な要素の一つです。
αサテライトDNAは、ATリッチなリピートで構成され、ヒトゲノムの約10%を占める反復性の高いDNAです。主にセントロメアやその周辺に位置し、染色体の分離やゲノム安定性に重要な役割を果たしています。その反復性のため、ゲノムの総合的理解においてセントロメア領域の解析は困難です。また、セントロメアが形成される機能にαサテライトDNAが必ずしも必要ではないという議論もあります。
ヒトゲノムにはαサテライト以外にもATリッチな領域が存在します。これらの領域は、ゲノム全体に分布しており、プロモーターやその他の調節領域に見られることがあります。ATリッチな領域は、DNAの二重らせん構造が比較的開きやすく、転写因子などの結合に影響を与えることが知られています。そのため、遺伝子の発現調節において重要な役割を果たすことがあります。
ヒトのセントロメアにおけるαサテライトDNAのゲノム上の構成とその変化
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7140587/より引用
a. ヒトのセントロメア領域におけるアルファサテライトDNAアレイの一般的な構成の模式図。アルファサテライトは、50-70%の配列の同一性を持つ約171bpのモノマーリピートユニット（黒い矢印と白い数字）に基づいており、タンデムに配置されてHORユニットを形成している；ここでは12モノマーのHOR（higher order repeat 黄色の配列）として示されている。モノマーの番号は、HOR内の位置によって付けられており、2つの異なるHOR間の相同性に基づくものではない。HORは数百から数千回繰り返され、特定の配列内のHORが97-100%同一であるような均質な配列が作られる。HOR配列の両側には、階層構造を持たない縮退したαサテライトDNAモノマー（小さな黒矢印）があり、HOR配列と染色体の腕を分けている。HOR配列は、移入可能な要素（TE、青）などの他の反復要素によって中断されているが、直線的で連続したαサテライト集合体がないため、特定のαサテライト配列にTEがどの程度分布しているかは現在のところ不明である。
b. 染色体固有のHORユニットが繰り返されて広範囲の均一な配列を作る回数は、ホモログや個体によって異なる。ホモサピエンス（ヒト）の17番染色体（HSA17）のD17Z1とD17Z1-B、HSAXとHSAYのαサテライトアレイであるDXZ1とDAZ3を含む、我々の異なるαサテライトアレイについて、母集団のサブセットから得られたアレイサイズの分布を示している。開いた円はそれぞれ独立した染色体・個体を表す。
c. 個々のαサテライトモノマーは、染色体上の特定のモノマータイプ（配列の相同性に基づく）の濃度に基づいて、5つの染色体上のグループ（ファミリー）に分配される。超染色体ファミリー1および2（SF1, SF2）は、ヒトのセントロメア領域に最も多く存在するHORの構成を示しており、明確な二量体の構成で定義されている（青または黄色で示されている。HSA1のようないくつかの染色体上のHORユニットは、2つのダイマーそのもので定義されているが、HSA18のような大きなHORユニットは、同じ2つのモノマーのコピーが複数交互に並んでいる。d. ヒトの生来の染色体の半分以上は、2つ以上の特徴的なαサテライト配列を含んでいる。例えば、HSA17には、92％の確率で同一で、異なるHORユニットで定義される3つの配列があります。最大のD17Z1（青色）は、16個のモノマー（16-mer）のHORで定義されており、このHORが何千回も繰り返されることで、2.3〜4.2メガバイトのアレイサイズになっています。D17Z1-B（ピンク色）とD17Z1-C（薄いオレンジ色）はD17Z1に隣接しており、それぞれ異なる14merのHORユニットで定義されている。セントロメアはD17Z1またはD17Z1-Bのどちらかで形成される。
この記事の筆者：仲田洋美（医師）
