遺伝子変換の検出のためのバイオインフォマティクスフレームワークの開発と、4つの牛種の免疫グロブリン重鎖における組み合わせの多様性の分析

広く使用されているアライメントアルゴリズムを組み合わせて洗練することにより、再配置されたウシ重鎖免疫グロブリン（IG）可変領域を分析するための新しいバイオインフォマティクスフレームワークを開発しました。このバイオインフォマティクスフレームワークにより、重いチェーンフレームワーク領域（FRHS）のアラインメントとFRHSおよび重鎖相補性決定領域（CDRH）の個別のアライメントを調査することができ、4つの牛種Aubrac、ドイツのブラックパイド、ドイツのシムメンタル、そしてホルスタイン・フリージアン。現在、非常に長いCDR3HSを所有するIG重鎖を具体的に分析することも可能です。Igの組み合わせの多様性、体細胞ハイパーミューティング、および推定遺伝子変換におけるIgの組み合わせの多様性、および推定遺伝子変換における繁殖の特定の違いに関するより多くの洞察を得るために、ドミナントに転写された変数（IGHV）、多様性（IGID）、および結合（IGIJ）セグメントとその組み換えを比較しました。4つの牛の繁殖。分析により、15の異なるIGHVセグメント、21のIGHDセグメント、および品種内でかなり異なる転写レベルを持つ2つのIGHJセグメントの使用が明らかになりました。さらに、CDR3Hの長さの3つのグループ内に好ましい再配置があります。11-47アミノ酸残基（AA）のグループ2（CDR3Hの長さ（L））のシーケンスでは、グループ1（L≤10AA）および3（L≥48AA）のシーケンスよりも多くの組換えが観察されました。。生殖細胞系IGHV、IGHD、およびIGHJセグメントの組み合わせの多様性により、162の再配列が大幅に異なることが明らかになりました。グループ3 CDR3H領域内の少数の好ましくは再配置された遺伝子セグメントは、この長さが牛でユニークであるため、特殊な抗体を示す可能性があります。この研究の最も重要な発見は、バイオインフォマティクスフレームワークを使用して可能になったが、この特定の多様化メカニズムのすべての定義を満たす偽遺伝子を使用したまれなイベントとしての遺伝子変換の強力な証拠の発見です。

We have developed a new bioinformatics framework for the analysis of rearranged bovine heavy chain immunoglobulin (Ig) variable regions by combining and refining widely used alignment algorithms. This bioinformatics framework allowed us to investigate alignments of heavy chain framework regions (FRHs) and the separate alignments of FRHs and heavy chain complementarity determining regions (CDRHs) to determine their germline origin in the four cattle breeds Aubrac, German Black Pied, German Simmental, and Holstein Friesian. Now it is also possible to specifically analyze Ig heavy chains possessing exceptionally long CDR3Hs. In order to gain more insight into breed specific differences in Ig combinatorial diversity, somatic hypermutations and putative gene conversions of IgG, we compared the dominantly transcribed variable (IGHV), diversity (IGHD), and joining (IGHJ) segments and their recombination in the four cattle breeds. The analysis revealed the use of 15 different IGHV segments, 21 IGHD segments, and two IGHJ segments with significant different transcription levels within the breeds. Furthermore, there are preferred rearrangements within the three groups of CDR3H lengths. In the sequences of group 2 (CDR3H lengths (L) of 11-47 amino acid residues (aa)) a higher number of recombination was observed than in sequences of group 1 (L≤10 aa) and 3 (L≥48 aa). The combinatorial diversity of germline IGHV, IGHD, and IGHJ-segments revealed 162 rearrangements that were significantly different. The few preferably rearranged gene segments within group 3 CDR3H regions may indicate specialized antibodies because this length is unique in cattle. The most important finding of this study, which was enabled by using the bioinformatics framework, is the discovery of strong evidence for gene conversion as a rare event using pseudogenes fulfilling all definitions for this particular diversification mechanism.