[論文レビュー] The relationships among GC content, nucleosome occupancy, and exon size

Liya Wang, Lincoln Stein+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2014

Genomics and Chromatin Dynamics参考文献 35被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、後生動物におけるGC含量、ヌクレオソーム占有率、およびエクソンサイズの相乗的関係を調査する。ヒトのヌクレオソームマップピングデータを用いて、周囲のイントロンにおける高いGC含量が、より大きなエクソンと高いヌクレオソーム占有率と相関することを示し、染色体構造がエクソンサイズを形作る主要な進化的要因である可能性を示唆する。

ABSTRACT

The average size of internal translated exons, ranging from 120 to 165 nt across metazoans, is approximately the size of the typical mononucleosome (147 nt). Genome-wide study has also shown that nucleosome occupancy is significantly higher in exons than in introns, which might indicate that the evolution of exon size is related to its nucleosome occupancy. By grouping exons by the GC contents of their flanking introns, we show that the average exon size is positively correlated with its GC content. Using the sequencing data from direct mapping of Homo sapiens nucleosomes with limited nuclease digestion, we show that the level of nucleosome occupancy is also positively correlated with the exon GC content in a similar fashion. We then demonstrated that exon size is positively correlated with their nucleosome occupancy. The strong correlation between exon size and the nucleosome occupancy suggests that chromatin organization may be related to the evolution of exon sizes.

研究の動機と目的

• 後生動物におけるエクソンサイズと染色体構造の進化的関係を調査すること。
• 周囲のイントロンにおけるGC含量がエクソンサイズおよびヌクレオソーム占有率に与える影響を検討すること。
• ゲノム全体におけるヌクレオソーム占有率とエクソンサイズの相関関係を特定すること。
• 特にヌクレオソーム配置が、内部エクソンの保存されたサイズ（約120–165 nt）に寄与しているかどうかを評価すること。

提案手法

• エクソンの周囲イントロンのGC含量に基づいてエクソンをグループ化し、サイズおよび占有率の傾向を分析する。
• 限定的ヌクレアーゼ分解と高スループットシーケンシングを用いて生成されたヒト由来の直接的ヌクレオソームマップピングデータを用いる。
• エクソンおよびイントロンにおけるヌクレオソーム占有率を測定し、強化パターンを比較する。
• エクソンサイズ、GC含量、ヌクレオソーム占有率の間のゲノムワイドな相関解析を実施する。
• 観察された相関の強さと有意性を評価する統計的モデリングを用いる。
• 末端エクソンやスプライス部位に近い要因の影響を最小限に抑えるために、内部エクソンに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲イントロンのGC含量と隣接エクソンサイズとの間に相関関係があるか？
• RQ2 周囲領域のGC含量に応じてエクソン内のヌクレオソーム占有率が変化するか？
• RQ3 ヒトゲノム全体において、エクソンサイズとヌクレオソーム占有率の相関はどの程度強いか？
• RQ4 染色体構造、特にヌクレオソーム配置が、後生動物における内部エクソンサイズの保存（約120–165 nt）を説明できるか？
• RQ5 GC含量、ヌクレオソーム占有率、およびエクソンサイズの間の関係が、異なるゲノム領域で一貫しているか？

主な発見

• エクソンサイズは、周囲イントロンのGC含量と正の相関を示し、GC含量が高いほどエクソンサイズが大きくなる。
• ヌクレオソーム占有率はエクソンでイントロンよりも顕著に高く、かつ周囲イントロンのGC含量が高くなるほど上昇する。
• エクソンサイズとヌクレオソーム占有率の間に強い正の相関が存在し、共通の調節機構がある可能性を示唆する。
• GC含量とエクソンサイズ、およびヌクレオソーム占有率の相関関係はヒトゲノム全体で一貫しており、機能的リンクを支持する。
• 観察された関係から、染色体構造が後生動物におけるエクソンサイズの進化的制約要因である可能性が示唆される。
• 本研究の結果は、内部エクソンの保存されたサイズ（約120–165 nt）がヌクレオソーム配置の制約によって進化的に維持されているという仮説を支持する。