DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の主な違いは、DNA配列の変異が遺伝情報の変化をもたらすのに対し、エピジェネティック修飾は遺伝子発現の変化をもたらすという点です。
DNA配列の変異とエピジェネティック修飾は、ゲノムの構造における2つのタイプの変化です。
DNA配列の変異は元に戻すことができないが、エピジェネティック修飾は元に戻すことができる。
DNA配列の変異とは？
DNA配列の変異は、ゲノムのヌクレオチド配列が永久に変化することです。
そして、アミノ酸配列が変化することにより、発現するタンパク質の機能を変化させる。
また、DNA塩基配列の変異には3つのタイプがあります。
ポイントミューテーション
DNA配列中の1塩基が変化したもの。
点変異には、ミスセンス変異、ナンセンス変異、サイレント変異の3種類があります。
ミスセンス変異は、遺伝子配列中の一塩基が置換されることによって起こり、その結果、発現するタンパク質の一個のアミノ酸が変化する。
一方、ナンセンス変異は、遺伝子配列中の一塩基が置換され、停止コドンが導入されることにより、転写が停止するものです。
また、サイレント変異は、遺伝子配列中の一塩基が置換されたもので、遺伝暗号の縮退に基づき、同じアミノ酸を表すことに変わりはない。
図1：点突然変異
フレームシフトミューテーション
遺伝子のオープンリーディングフレームを変化させる変異。
フレームシフト変異には、挿入、欠失、重複の3つのタイプがあります。
挿入とは、遺伝子配列に1つまたは数個のヌクレオチドが追加されることであり、欠失とは、遺伝子配列から1つまたは数個のヌクレオチドが除去されることである。
一方、重複とは、遺伝子内でDNAの一部が1回以上コピーされることである。
染色体異常
染色体の突然変異は、ゲノムDNAに大きな変化をもたらす。
染色体突然変異には、転座、遺伝子重複、染色体内欠失、逆位、異型性喪失の5種類があります。
転座は、染色体の一部が非相同染色体間で入れ替わり、遺伝子重複は、特定の対立遺伝子がゲノム内で複数コピーされ、遺伝子量が増加することで、染色体の一部が入れ替わる。
また、染色体内欠失では、染色体の一部分が取り除かれることがあります。
一方、逆位は、染色体セグメントの向きが変化することである。
一方、相同染色体の片方から対立遺伝子が失われると、ヘテロ接合性の喪失となる。
エピジェネティック・モディフィケーションとは
エピジェネティック修飾とは、遺伝的な遺伝子発現の変化を引き起こす、クロマチン構造の変化のことである。
エピジェネティック修飾の主な特徴は、遺伝子の塩基配列に変化を与えないことである。
また、エピジェネティック修飾には、DNAメチル化、ヒストン修飾、ノンコーディングRNAによる転写抑制の3種類があります。
DNAメチル化
DNAのメチル化は、遺伝子の活性化と抑制に常に関連している。
この過程で、リン酸基で連結されたグアニンヌクレオチドの隣のシトシンヌクレオチドの5’位にメチル基が付加される。
これがCpGジヌクレオチドを形成する。
この過程に関与する酵素がDNAメチル基転移酵素です。
このメチル基がエピジェネティックな因子として働き、遺伝子を活性・非活性のいずれかに分類する。
：図4 エピジェネティック修飾
ヒストン修飾
ヒストンの尾部には、アセチル化、脱アセチル化、メチル化などの様々な修飾が施され、エピジェネティックな因子が結合している。
これにより、ヒストン分子へのDNAの巻き付き具合が変化し、遺伝子発現が変化する。
さらに、クロマチンには、巻きつき具合によって2つのタイプがあります。
それは、ユークロマチンとヘテロクロマチンです。
ユークロマチンでは、DNAがゆるく巻きついているため、ユークロマチン領域にある遺伝子は活発に発現している。
一方、ヘテロクロマチンは、ヒストンの周りにDNAがしっかりと巻きついており、ヘテロクロマチン領域の遺伝子は、転写や遺伝によって不活性化されている。
：図5 ユークロマチンとヘテロクロマチン
ノンコーディングRNAによる転写制御
mi-RNA (micro-ribonucleic acid) は、タンパク質をコードする遺伝子のイントロンに由来する、あるいは独立した遺伝子から転写される短い塩基で、シグナル伝達経路の調節因子として、翻訳を阻害する役割を担っている。
DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の類似性
- DNA配列の変異とエピジェネティック修飾は、ゲノムのDNAに起こりうる2種類の構造変化です。
- DNA配列変異とエピジェネティック修飾は、ゲノムのDNAに起こりうる2種類の構造変化であり、遺伝子産物に変化を及ぼすことが可能です。
- また、どちらの変化も遺伝する。
DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の違いについて
定義
DNA配列の変異とは、遺伝子を構成するDNA配列が、ほとんどの生物に見られる配列と異なるように永久的に変化することを指し、エピジェネティック修飾とは、元のDNA配列に変更を加えずに遺伝子の発現や細胞機能を変化させることを指す。
これが、DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の基本的な違いです。
発生状況
また、DNA配列の変異はDNA複製のエラーや変異原の影響によって起こり、エピジェネティックな修飾は食事や特定の化学物質への暴露などの環境要因によって起こる。
構造上の変更
DNA配列変異とエピジェネティック修飾のもう一つの違いは、DNA配列変異が遺伝子の塩基配列の変化であるのに対し、エピジェネティック修飾はDNAのアクセス可能性やクロマチン構造の変化であるということである。
機能的な変更
DNA配列の変異はタンパク質のアミノ酸配列を変化させるが、エピジェネティックな修飾は遺伝子の発現を変化させる。
この点もDNA配列の変異とエピジェネティック修飾の違いです。
タイプ
DNA配列の変異には主に点変異、フレームシフト変異、染色体変異の3種類があり、エピジェネティック修飾には主にDNAメチル化、ヒストン修飾、ノンコーディングRNAによる転写型遺伝子サイレンシングの3種類があります。
リバーシブル
さらに、DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の大きな違いは、可逆性です。
DNA配列の変異は不可逆的であるのに対して、エピジェネティック修飾は可逆的です。
結論
DNA配列の変異とは、遺伝子の塩基配列が変化し、その結果、アミノ酸配列が変化したタンパク質が生じることである。
これにより、タンパク質の機能が変化し、新たな形質が生じる可能性がある。
さらに、遺伝する場合、DNA配列の変異は不可逆的です。
一方、エピジェネティックな修飾は、クロマチン構造の変化であり、DNAへのアクセス性を変化させる。
これにより、遺伝子の発現が変化する。
しかし、エピジェネティック修飾は可逆的です。
したがって、DNA配列の変異とエピジェネティック修飾の主な違いは、DNA構造の変化の種類とその役割にあると言えます。
