REVIEW

Ｙ染色体ゲノム配列決定後のAZF

─Ｙ染色体AZFcパリンドローム構造を中心として─高栄哲1)，Choi Jing1)，前田雄司1)，並木幹夫1)，吉田淳2)

１）金沢大学大学院医学系研究科がん医科学専攻がん制御学講座集学的治療分野（泌尿器科学）
２）木場公園クリニック

はじめに既婚カップルの約10％が不妊症であり，その約半数は男性側に起因している．さらに，男性不妊症の半数以上は特発性であり，組織学的に精子形成障害を認める．精子形成に関与するゲノム領域はＹ染色体長腕上に存在し，とくに無精子症因子（Azoospermia factor :AZF）

図１

Ｙ染色体の構造領域に集中している．
現在，Ｙ染色体を含め全ゲノム塩基配列が確定した．
その結果，塩基配列構造から３領域に分類することがで23Mbであり，短腕上に８Mb，長腕上に14.5Mbのサイきる．とくに，ampliconic領域は巨大な同一塩基配列がズをもつ．異質クロマチンはセントロメア部の約１Mb

向き合うような対の回文構造（パリンドローム）であり，の領域と長腕遠位側にある約40Mb部分である．真性ク

頻回に遺伝子の組み換えも行われていると報告されていロマチン長腕遠位側には，精子形成候補遺伝子が存在し，る．

異質クロマチン部と合わせた領域を従来Ｘ染色体と対合

本稿では，Ｙ染色体のゲノム塩基配列の確定によって，しない領域，non recombinant region Y（NRY）と呼とくにAZFc領域のパリンドローム構造について述べ，ばれていたが，後述する理由により，現在Male-specific

その構造から類推される微小欠失の機序について触れ

region of the Y chromosome（MSY）と呼ばれている．

る．また，本邦におけるＹ染色体微小欠失の信頼できるマーカーについて提案した．

Ｙ染色体の構造解析

Ｙ染色体全塩基配列決定
MSYの全物理学的位置が，2003年に確定した［１］．
Ｙ染色体の塩基配列は巨大な繰り返し配列のため，一個常染色体は相同染色体をもち，性染色体はサイズの異人の微小な塩基配列の違いを目安に，Ｙ染色体正染色体なる対染色体をもつ．Ｙ染色体は約50-60Mbであり，Ｘ部を220のBACクローンによってカバーされている．

染色体の１/３のサイズをもつ．Ｙ染色体両端には偽常Ｙ染色体の全塩基配列決定によって，さまざまな構造染色体領域（pseudoautosomal region: PAR）が存在し，的特徴が明らかとなった．従来，Ｙ染色体は機能的な遺サイズの異なる性染色体同士がこの領域で受動的な対合伝子がきわめて少なく，ジャンク遺伝子の集合体と予想を 行 う． ま た， 図 １ に 示 す よ う に 真 性 ク ロ マ チ ンされていた．進化の過程で常染色体やＸ染色体由来の塩（euchromatine）部と異質クロマチン（heterochromatine）基配列が修飾され，逆転写ウイルス配列由来の繰り返し部はPARを除いた部分となる．真性クロマチンは 約配列も認めている．現在76のタンパクがコードされ，すでに27遺伝子が同定されている．

連絡先：高 栄哲，金沢大学大学院医学系研究科がん医科学専攻がん制御学講座集学的治療分野（泌尿器科学），〒920-8641 石川県金沢市宝町13-1
TEL: 076-265-2393
FAX: 076-222-6726
E-mail: kohei@med.kanazawa-u.ac.jp

さて，真性クロマチン遠位側にある巨大な繰り返し配列はきわめて相同性の高い回文構造を示し，実際Ｙ染色体の機能を維持する装置とし，生産的な組み換えが（Y-Y変換など）行われている．それは，ハプログループであるＹ染色体にも遺伝子を維持するための再組み換

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高 栄哲

他

図２

Ｙ染色体の塩基配列とパリンドロームえ機構が存在していることを意味している．かつてＸ染は，７つの領域に８つのパリンドローム構造をもつ．そ色体と再組み換えを起こさない領域として，NRY非のサイズは，約10.2Mbにも及び，真性クロマチン全体と称されてきたが［２］，実際には染色の約半分の領域を占め，Ｙ染色体特異的である．Ｙ染色体内部において対合が可能であり，頻回にY-Y変換機構体上において機能している精子形成候補遺伝子の多くが存在する（homologous recombination）
ことから［３］，は，この領域にある．

組み換え領域

現在男性特異領域MSYと称されている［４］．

真性クロマチン部の構造［４］ampliconic領域のパリンドローム構造

MSYの真性クロマチン部は，ａ）X-transpose，ｂ）

真性クロマチン長腕amplicomic領域の８種のパリン

X-degenerate，ｃ）ampliconicの３領域がモザイク状ドローム配列（P１〜P８）を示す（図２）．これらのパに配されている（図２）．

リンドローム配列はきわめて高い対称性を示し，99.94〜99.997％に及ぶ塩基相同性を示す［４］．また，その

１）X-transpose配列

サイズは９kb〜3.5Mbにも及ぶ．Ｙ染色体上に存在する

この部はＹ染色体の短腕上のみにある．塩基配列はＸ

機能的な遺伝子の大部分はamplicomic領域にあり，多染色体のXq21部と99％以上の相同性を示し，300〜400コピー性であり，もちろんhomologous recombinationの年前にＸ染色体から転移（transpose）したと考えられ主舞台でもある．とくに精巣特異的に発現している遺伝ている．Ｘ染色体ときわめて高い相同性を示すが，Ｘ染子が多く，精子形成に関与していると考えられている．

色体と対合組み換えは行われていない．

Ｙ染色体とAZF

２）X-degenerate配列
塩基配列の特徴から古代常染色体の一部が性染色体の1976年Tiepolo［５］らは，Ｙ染色体長腕遠位部の欠役割を担うことになった遺残物であり，それがＸとＹ染失により精子形成障害が高頻度に出現する事実より，こ色体と共進化（co-evolution）した領域と考えられていの部位に精子形成に関与する領域AZFが存在することる．この領域はＸ染色体の遺伝子と高い相同性を示し，を提唱した．一般に，AZFはＹ染色体長腕部の欠失と染色体の変質（degenerate）型とされている．したがっ考えられている．1996年Vogt［６］らは無・乏精子症て，この領域に存在する遺伝子は対染色体上にＸホモロ患者のＹ染色体長腕上の微小欠失と精巣の組織表現型をーグをもつものが多い．遺伝子はubiquitousに発現して比較した結果，３つの領域に微小欠失の集中を報告し，いる単一遺伝子が多い．

AZFa,b,ｃと分類した（図３ｂ）．AZFaの組織型はSertoli
cell only（SCO），AZFb，AZFcはそれぞれmaturation

３）ampliconic配列arrestおよびさまざまな組織型の混合であるとされる．

99％以上のきわめて高い相同性を示す10〜100kbを基本単位とする長い繰り返し配列より構成される．これら

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AZFcパリンドローム構造と微小欠失

図３

Ｙ染色体ゲノムとAZFとの関係

AZF欠失とSTS

さらに，Ｙ染色体には多型性が多く存在することも知られている［９］．前述したように，従来施行されていた

Ｙ 染 色 体 の 微 小 欠 失 は PCR を 基 礎 と し た STS（sequence tagged site）法によっている．

STS-PCRの報告は，STSの順序が一定でなく，位置も混乱していた［11］．

STS-PCR法は1992年Vollath［７］らが公表したＹ染われわれはgene bank上に公開されている，すなわち色体特異STSマーカーによる．これ以降，多くの施設でこれらのSTSは物理学的位置が確定していることを意味

AZFの微小欠失の報告が続いた［８,９,10］．しかし，するが，AZFc領域にあるSTSのみを選択して無・乏精

STSマーカーが施設によって異なり，STSの順序もまち子症に対してSTS-PCRを行い，その微小欠失を検証しまちであった．ゲノム配列確定後，STSの物理学的位置た．欠失のない患者において，1-2 STSの飛び石状の欠が容易に確定される筈であった．しかし，従来から用い失は多型性が考えられる．多型性の疑われるすべてのられている多くのSTSは少なからずしもgene bank上STSを省くと，比較的はっきりした欠失地図が明らかとで，その物理学的位置が公開されていない．筆者らは，なった（図４）．図５は本邦においてもっとも信頼できUCSC genome browser（http://www.genome.ucsc.

るマーカーと考えている．
しかし，
DYS239，HUMUT2378，edu/）のみに公開されているSTSのみを用い，不妊症

DYS26は多コピーマーカーであり，P1とP2とを区別で患者420例の微小欠失を分析した．筆者らの施設での欠きない．

失患者は5.0％であった．
1999年Simoniら［９］は文献の集計により，男性不妊

Ｙ染色体上の精子形成候補遺伝子群症の患者の7.3％がＹ染色体に微小欠失をもっているとした．これらの内訳は無精子症の66％，精子濃度500万

1993年Maら［12］はRBMY（RNA binding motif on Y），／ml以下の高度乏精子症患者の28％，2000万／ml以下

1995年Reijoら［13］ はDAZ（deleted in azoospermia）

500万／ml以上の乏精子症患者の６％に微小欠失をもつなどの精子形成候補遺伝子を同定した．と報告している．当初，男性不妊患者の２〜53％にＹ染

図３ｃは，現在報告されているＹ染色体上に存在する色体に微小欠失があるとされたが［10］，最近の報告で精子形成候補遺伝子群の一部である［２］．それぞれのは約７％前後に落ち着いている．

遺伝子に対応する，タンパクホモローグ，組織発現，コピー数，Ｘホモローグを示した（表１）．X-degenerate

多型性と繰り返し配列におけるSTS

領域に存在する遺伝子はubiquitousに発現しており，Ｘホモローグをもつが，唯一SRYは精巣特異的に発現し単図３ａで示すように，Ｙ染色体はパリンドローム構造一遺伝子である．また，ampliconic regionの遺伝子は精を示す．本来STSの意味は，ゲノム上において，その位巣特異的に発現しており，精子形成候補遺伝子と考えら置が一意的に決定される部位と考えられる．しかし，繰れている［４］．これらの遺伝子はパリンドローム内にり返し配列の多い部位では，同一配列が存在しPCRによ存在しているために，表１に示したように多コピー性でって，理論上物理学的位置を確定することはできない．

ある．これらの多コピー性はhomologous recombination

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高 栄哲

他

表１

Ｙ染色体上に存在する精巣発現遺伝子群によって維持されている．

AZFb，ｃ欠失の機構
パリンドローム塩基配列は相互に同一の塩基配列から構成されているので，対称点を中心に大きなループ状構造を形成している可能性が考えられている．巨大パリン
ドロームは，Ｙ染色体内であたかも常染色体における対立染色体と同様な振る舞いをし，多コピー遺伝子が互いに向き合い，対遺伝子がY-Ｙ変換という機構によって修 復 あ る い は 再 組 み 換 え を 行 い（homologousrecombination），これがパリンドローム内の遺伝子を維持する機構であると考えられている［１］．したがって，パリンドロームの欠失は，これらの再組み換え機構の破綻を意味することになる．

Ｙ染色体長腕部の欠失地図とパリンドローム
AZFの分類は，当初組織表現型から３亜型に分類された（図６）．Reppingら［３］は，従来のPCRでAZFb＋c, AZFcの欠失している11例不妊症患者を選び，パリンドローム単位の欠失を検討した．従来のAZFb＋cの欠失は，P5からP1.2までの欠失（P5/proximal-P1），P5からP1.1までの欠失（P5/distal-P1）, P4からP1.1までの欠失（P4/distal-P1）の３種の欠失型を認め，AZFcの欠失はb2からb4の欠失（b2/b4）と一致しているとし，
図４8多型性を省略したAZFcの微小欠失地図

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パリンドローム単位による分類を行った（図６）．

AZFcパリンドローム構造と微小欠失

図５パリンドローム毎における多型性のきわめて少ないSTSマーカー

図６

AZF欠失の分類とパリンドローム（文献４より一部引用）

われわれの多型性を考慮した分析（図４）では，図５

パリンドローム内の部分欠失による精子形成障害の存在で示したSTS（図５＊）ではP1とP2とを区別できないについて検索し，その組織表現型を比較することによっので，結果的にVogtの分類に近かった（図６）．て，精子形成機構を解明する必要がある．

おわりに

文

精子形成関連遺伝子群はAZFc領域に存在しているが，未だ精子形成に必須な遺伝子は同定されていない．
Ｙ染色体のゲノム塩基配列が確定されると，パリンドローム内に含まれる遺伝子クラスターの欠失によって精子形成障害が惹起されている可能性が示唆された．今後，

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9高 栄哲他

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