1.6: 変異

概要

突然変異とは、DNAの塩基配列の変化を意味します。これらの変化は、自然に起こることもあれば、環境要因にさらされることで誘発されることもあります。突然変異は、タンパク質のアミノ酸配列をどのように変化させるか、DNAの面積が小さいか大きいか、体細胞で起こるか生殖細胞で起こるかなど、さまざまな方法で特徴づけられます。

点突然変異の分子レベルでの影響

ヌクレオチド1個に起こる変異を点変異といいます。遺伝子の中で点突然変異が起こると、コード化されたアミノ酸配列に何が起こるかによって、その結果は深刻度が異なります。サイレント変異は、アミノ酸の同一性を変えず、生物に影響を与えません。ミスセンス変異は、1つのアミノ酸を変化させるもので、その変化がタンパク質の機能を変化させる場合には、深刻な影響を及ぼす可能性があります。ナンセンス変異は、ストップコドンを生成してタンパク質を切断し、機能しなくなる可能性が高いです。フレームシフト変異は、タンパク質をコードするDNA配列に1つ以上のヌクレオチドが挿入されたり、欠失したりすることで起こり、変異が起きた場所より下流のすべてのコドンに影響を与えます。

染色体の変化は大規模な突然変異です

突然変異の中でも最も大規模なタイプである染色体変化は、染色体の物理的構造を変化させます。染色体の変化には、1本の染色体の中にある広範囲のDNAの欠失、重複、逆位、または別の染色体の一部の統合が含まれます。これらの変異は、多くの遺伝子や制御要素を含むため、一般的に点変異よりもはるかに深刻です。染色体の変化は、罹患した細胞の核型を調べることで検出できます。

生殖細胞の突然変異のみが遺伝します

突然変異はどの細胞でも起こりうるが、子孫に伝わるのは卵細胞や精子細胞に存在する生殖細胞変異のみです。例えば、遺伝性疾患は、遺伝子疾患の一種であり、生殖細胞の有害な突然変異によって引き起こされます。遺伝性疾患には、1番から22番までの染色体に生じる常染色体性のものと、X染色体やY染色体に生じる性染色体性のものがあります。遺伝性疾患の一例として、主に肺を侵す疾患である嚢胞性線維症（CF）があります。この病気は、遺伝子CFTRの欠失により、CFTRタンパク質から1つのアミノ酸が取り除かれることで発症します。CFは常染色体潜性遺伝で、遺伝子の変異したコピーと正常なコピーを1つずつ持つ人は発症しないですが、神経変性疾患であるハンチントン病などの他の病気は常染色体顕性遺伝では、病気の発症には遺伝子の変異したコピーが1つだけ必要となります。

いくつかの突然変異は環境因子によって引き起こされます

体細胞突然変異と生殖細胞突然変異は、DNAの複製中に自然に生じることもありますが、放射線や環境中の化学物質への曝露によっても生じることがあります。DNAに損傷を与え、突然変異を引き起こす外的要因を変異原と呼びます。環境中の変異原としてよく知られているものに、紫外線（UV）があります。紫外線は、可視光よりも高いエネルギーを持ち、塩基対の結合を破壊することでDNAを損傷し、DNAの同じ鎖にあるチミン塩基が互いに対になって特徴的なチミン二量体を形成します。太陽は紫外線の自然界の供給源です。最も有害な波長であるUV-Cは大気中で遮断されますが、UV-AとUV-Bは地表に届きます。人工的な紫外線源としては、主にUV-A、少量のUV-Bを照射する日焼けサロンがあります。幸いなことに、細胞には損傷したDNAを修復する機構が備わっていますが、皮膚細胞のように分裂の早い細胞では、細胞分裂前に損傷が修復されないことがあります。細胞の成長と分裂の制御に重要なゲノム領域にDNAの損傷が発生した場合、修復されなければ、がんになる可能性があります。

単一のヌクレオチドに変化を加える 点突然変異は、その種類に応じて、完全に正常なタンパク質 または完全に機能しないタンパク質を生成する可能性があります。これには，サイレント、ミスセンス、ナンセンス、およびフレームシフト変異が含まれます。サイレント変異は、その名のとおり、タンパク質のアミノ酸配列には影響を与えません。例えば、コドンＣＣＡがＣＣＧに変更された場合、アミノ酸プロリンをコードし、タンパク質は正常に機能することになります。一方、ミスセンス変異は、プロリンの代わりにアルギニンのように、あるアミノ酸を別のアミノ酸に置換することになり、これがタンパク質の機能不全を引き起こします。ナンセンス変異は、アミノ酸のコドンが終止コドンに変更されたときに発生します。細胞に転写を停止するように伝達し，機能しないほど早く 切断されたタンパク質をもたらします。最後に、フレームシフト突然変異は、しばしば1つまたは複数のヌクレオチドの挿入または欠失のために、3つのヌクレオチドのセットがどのようにコドンに グループ分けされるかという読み枠がシフトするときに生じます。これは異なるアミノ酸をコードする 新しいコドンをもたらし、異常なタンパク質を作り出します。