マイクロシファリンの分子進化、ヒトの脳の大きさを決定する遺伝子

マイクロシファリン遺伝子は、人間の脳の発達を調節する主要なプレーヤーの1つです。この遺伝子の切り捨てられた変異は、初期の人類の脳サイズに匹敵する脳の大きさで初代微小症を引き起こす可能性があることが報告されました。ヒトにおけるマイクロシファリン遺伝子のコード領域を配列決定することにより、マイクロシファリンの分子進化を研究しました。私たちの結果は、マイクロシファリンがヒト集団で非常に多型であることを示しました。ヒト集団におけるマイクロシファリン遺伝子のコード領域で22の置換が観察され、そのうち15がアミノ酸の変化を引き起こしました。中性テストと系統発生分析は、ヒトにおけるマイクロシファリンの豊富な配列変動が、最近の人口の拡大とダーウィンのポジティブ選択の組み合わせによって引き起こされる可能性が高いことを示しました。霊長類の同義語/非同義分析は、人間の最後の共通の祖先の起源と、より少ない類人猿から大猿への劇的な脳の拡大と一致していることを明らかにしました。コドンベースの中性試験は、霊長類の進化と人間起源の脳拡大に寄与する可能性のあるマイクロシファリンの5つの個々のアミノ酸部位の正の選択のシグナルも示しています。

Microcephalin gene is one of the major players in regulating human brain development. It was reported that truncated mutations in this gene can cause primary microcephaly in humans with a brain size comparable with that of early hominids. We studied the molecular evolution of microcephalin by sequencing the coding region of microcephalin gene in humans and 12 representative non-human primate species covering great apes, lesser apes, Old World monkeys and New World monkeys. Our results showed that microcephalin is highly polymorphic in human populations. We observed 22 substitutions in the coding region of microcephalin gene in human populations, with 15 of them causing amino acid changes. The neutrality tests and phylogenetic analysis indicated that the rich sequence variations of microcephalin in humans are likely caused by the combination of recent population expansion and Darwinian positive selection. The synonymous/non-synonymous analyses in primates revealed positive selection on microcephalin during the origin of the last common ancestor of humans and great apes, which coincides with the drastic brain enlargement from lesser apes to great apes. The codon-based neutrality test also indicated the signal of positive selection on five individual amino acid sites of microcephalin, which may contribute to brain enlargement during primate evolution and human origin.