ヒトゲノムの未解明領域「セントロメア」の大規模解析が実現~世界中に蓄積されたゲノムデータを活用し、がんなどの疾患研究を加速~

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2026-10-14 国立がん研究センター,京都大学,名古屋大学

国立がん研究センター、京都大学、名古屋大学などの研究チームは、ヒト染色体の分配に不可欠でありながら、DNA配列の反復が多いため解析が難しかった「セントロメア」を、大規模に解析する新手法を開発した。研究チームは、セントロメア内に存在する短い特徴的なDNA配列に着目し、一般的なショートリード全ゲノム解析(WGS)データから個人ごとのセントロメアのタイプを推定するソフトウェア「ascairn」を構築した。この手法を世界各地の3,332人のゲノムデータに適用した結果、セントロメアには個人差だけでなく、地域や集団による多様性があることを明らかにした。さらに、脳腫瘍の一種である乏突起膠腫を解析し、この疾患に特徴的な染色体異常「1p/19q共欠失」の形成に、セントロメアの個人差が関与する可能性を示した。既存のゲノムデータを活用できるため、大規模な追加解析の負担を抑えながら、染色体異常やがんの発生機構の解明を進める基盤となる成果である。

ヒトゲノムの未解明領域「セントロメア」の大規模解析が実現~世界中に蓄積されたゲノムデータを活用し、がんなどの疾患研究を加速~
図1 セントロメアの位置と役割
出典:大阪大学 深川竜郎研究室ウェブサイト(一部改変)

<関連情報>

希少なk-mer配列は、ヒトの多様性と癌の転座の根底にあるセントロメアハプログループを明らかにする Rare k-mers reveal centromere haplogroups underlying human diversity and cancer translocations

Yuichi Shiraishi ∙ Yotaro Ochi, ∙ Masahiro Sugawa ∙ … ∙ Erik Garrison ∙ Glennis A. Logsdon ∙ Seishi Ogawa
Cell  Published:October 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.053

Highlights

  • Rare k-mer markers enable efficient classification of human centromere haplotypes
  • ascairn accurately infers centromere haplotypes and haplogroups from short reads
  • Human populations harbor diverse centromere haplogroups with geographic structure
  • Centromere haplogroups modulate susceptibility to 1p/19q co-deletion in brain tumors

Summary

Human centromeres are highly variable but remain among the least characterized regions of the genome because their repetitive structure has hindered conventional analysis of population diversity and disease relevance. Here, we show that rare k-mers in centromeric regions capture lineage-specific variation, defining discrete haplogroups with distinct structural features. We developed ascairn to infer these haplogroups from short-read whole-genome sequencing (WGS) data. Applying this framework to >3,300 genomes reveals extensive global diversity in centromere haplogroups and signatures of population history. Analyzing short-read WGS data from 142 oligodendroglioma cases with 1p/19q co-deletion, we mapped breakpoints to the centromere regions of chromosomes 1 and 19, revealing a clear positional relationship to kinetochore attachment sites and a link between centromere haplotype structure and rearrangement susceptibility. Rare k-mers thus open centromeres to population-scale analysis, linking centromere structural diversity to human evolutionary history and disease-associated genomic instability.

細胞遺伝子工学
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