探索的バイオインフォマティクスの調査は、早期胚発生における「ジャンク」DNAの重要性を明らかにしています

背景：事前定義された仮説をテストする代わりに、探索的データ分析（EDA）の目標は、データが伝えることができることを見つけることです。この戦略に続いて、マウスの埋め立て発達（PD）における複雑な遺伝子調節を研究するために、大量のゲノムデータを再分析しました。 結果：接合体に由来する259個のマウス胚細胞からなる単一細胞RNA-SEQデータセットから始めて、PD中に時間的および空間遺伝子発現パターンを再構築しました。遺伝子発現のダイナミクスは、遺伝子プロモーターにおける転位要素の濃縮と、対応するトランスポゾンの発現プロファイルとの類似性によって部分的に説明できます。長期末端繰り返し（LTR）は、おそらくOboxおよびその他のHomeobox因子に結合部位を提供することにより、2-4細胞段階での多くの近くの遺伝子の一時的な強力な誘導に関連しています。B1およびB2 SINE（短い散在する核元素）は、接合体ゲノム活性化中の数千の近くの遺伝子のアップレギュレーションと相関しています。このようなエンハンサーのような効果は、ヒトALUおよびウシTRNA sinesについても見られます。Sinesはまた、胚性幹細胞（ESC）における遺伝子発現を予測しているようであり、多能性の調節にも関与する可能性を高めています。また、PDの根底にある多くの潜在的な転写因子を特定し、特に生成時間が長い種について、遺伝的多様性を高める上でトランスポゾンの進化の必要性について議論しました。 結論：他の最近の研究とともに、我々の結果は、多くの転位可能な要素が初期の胚の表現景観を確立する上で役割を果たす可能性があるというさらなる証拠を提供します。また、探索的バイオインフォマティクスの調査が、さらなる研究のために発達経路を特定できることを実証し、大きなゲノムデータから新しい洞察を生み出す戦略として機能します。

BACKGROUND: Instead of testing predefined hypotheses, the goal of exploratory data analysis (EDA) is to find what data can tell us. Following this strategy, we re-analyzed a large body of genomic data to study the complex gene regulation in mouse pre-implantation development (PD). RESULTS: Starting with a single-cell RNA-seq dataset consisting of 259 mouse embryonic cells derived from zygote to blastocyst stages, we reconstructed the temporal and spatial gene expression pattern during PD. The dynamics of gene expression can be partially explained by the enrichment of transposable elements in gene promoters and the similarity of expression profiles with those of corresponding transposons. Long Terminal Repeats (LTRs) are associated with transient, strong induction of many nearby genes at the 2-4 cell stages, probably by providing binding sites for Obox and other homeobox factors. B1 and B2 SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements) are correlated with the upregulation of thousands of nearby genes during zygotic genome activation. Such enhancer-like effects are also found for human Alu and bovine tRNA SINEs. SINEs also seem to be predictive of gene expression in embryonic stem cells (ESCs), raising the possibility that they may also be involved in regulating pluripotency. We also identified many potential transcription factors underlying PD and discussed the evolutionary necessity of transposons in enhancing genetic diversity, especially for species with longer generation time. CONCLUSIONS: Together with other recent studies, our results provide further evidence that many transposable elements may play a role in establishing the expression landscape in early embryos. It also demonstrates that exploratory bioinformatics investigation can pinpoint developmental pathways for further study, and serve as a strategy to generate novel insights from big genomic data.