遺伝学 · 3.2
エピジェネティクス
Epigenetics
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🧠 エピジェネティクスEpigenetics エピジェネティクス(Epigenetics)Epigenetics(エピジェネティクス) は「同じDNADNA(deoxyribonucleic acid)配列から200種類以上の細胞型を作り出す仕組み」として読む。 DNA配列を変えずに遺伝子発現を有糸分裂・減数分裂を通じて伝達可能な形で変化させる過程——DNAメチル化・ヒストン修飾histone modificationヒストン修飾(histone modification)histone modification(ヒストン修飾)・クロマチンリモデリングchromatin remodelingクロマチンリモデリング(chromatin remodeling)chromatin remodeling(クロマチンリモデリング)・非コードRNARNA(ribonucleic acid)という4つの機構が、X不活性化X-inactivationX不活性化(X-inactivation)X-inactivation(X不活性化)・ゲノムインプリンティングgenomic imprintingゲノムインプリンティング(genomic imprinting)genomic imprinting(ゲノムインプリンティング)・細胞分化cell differentiation細胞分化(cell differentiation)cell differentiation(細胞分化)・老化・環境応答という一見バラバ mule ラバ(mule) mule(ラバ) ラな現象すべての基盤になる。
エピジェネティクスの定義
キーワード: ①遺伝子発現の調節、②配列変化なし、③伝達可能(有糸分裂・減数分裂を通じて)。DNA配列そのものを変えずに遺伝子発現を変化させる、有糸分裂的・減数分裂的に伝達可能な過程——変化は変異によるものではない。
エピジェネティクスと発生
生殖細胞系列では大半のエピジェネティックマーカー epigenetic marker エピジェネティックマーカー(epigenetic marker) epigenetic marker(エピジェネティックマーカー) が消去される。同一のDNA内容から200種類を超える細胞型が生まれるのは、細胞分化cell differentiation 細胞分化(cell differentiation)cell differentiation(細胞分化) そのものがエピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) な過程だから——異なる細胞型は同じDNAをもちながらエピジェネティックマーカー epigenetic marker エピジェネティックマーカー(epigenetic marker) epigenetic marker(エピジェネティックマーカー) だけが異なる(例外:B細胞・T細胞、免疫学 5.1:抗原受容体 antigen receptor 抗原受容体(antigen receptor) antigen receptor(抗原受容体) とその形成の免疫遺伝学で扱うV(D)J再構成)。遺伝子発現の微調整 fine tuning 微調整(fine tuning) fine tuning(微調整) もエピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) 過程の一部。
💡 ゲノム・エピゲノムepigenomeエピゲノム(epigenome)epigenome(エピゲノム)・表現型の三段論法。 環境因子はエピジェネティック修飾 epigenetic modification エピジェネティック修飾(epigenetic modification) epigenetic modification(エピジェネティック修飾) を介して遺伝子の発現・機能に影響する——「ゲノム(不変の設計図)→エピゲノム epigenome エピゲノム(epigenome) epigenome(エピゲノム) (環境に応じた読み方の調整)→表現型(実際の姿)」という3段階の流れが、環境と遺伝の相互作用を理解する鍵になる。
4つのエピジェネティック機構
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='epigenetic'>エピジェネティック</span>機構"]
A --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='transcriptional'>転写レベル</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxyribonucleic acid'>DNA</span>メチル化・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='chromatin remodeling'>クロマチンリモデリング</span>"]
A --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='post-transcriptional'>転写後レベル</span><br>非コード<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ribonucleic acid'>RNA</span>(短鎖:RNAi・miRNA/長鎖:lncRNA)"]
A --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='post-translational'>翻訳後レベル</span><br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='histone modification'>ヒストン修飾</span>"]
DNAメチル化
哺乳類mammal 哺乳類(mammal)mammal(哺乳類) のDNAメチル化は主にCpGジヌクレオチドのシトシンに生じるが、メチル化部位の99%がCpGアイランド CpG island CpGアイランド(CpG island) CpG island(CpGアイランド) 内にあるわけではない。CpGアイランドCpG island CpGアイランド(CpG island)CpG island(CpGアイランド) はCpGに富む領域で、多くは遺伝子プロモーターと関連し、正常細胞では非メチル化のことが多い。プロモーターの高メチル化 hypermethylation 高メチル化(hypermethylation) hypermethylation(高メチル化) は転写抑制に関与する。1
| 酵素 | 機能 |
|---|---|
| DNMT1 | 維持メチル化酵素maintenance methyltransferase維持メチル化酵素(maintenance methyltransferase)maintenance methyltransferase(維持メチル化酵素) |
| DNMT3A・DNMT3B | de novo メチル化酵素——着床時にゲノム全体で新規メチル化の波が起こる際に高発現 |
| DNA脱メチル化 demethylation 脱メチル化(demethylation) demethylation(脱メチル化) 酵素 | メチル化パターンの除去 |
メチル化パターンと機能の対応(4つのパターン)
| 部位 | メチル化の効果 |
|---|---|
| プロモーターのCpGアイランド CpG islandCpGアイランド(CpG island) CpG island(CpGアイランド) | 非メチル化=転写許可、高メチル化hypermethylation 高メチル化(hypermethylation)hypermethylation(高メチル化) =転写不活性化 |
| アイランドショアCpG island shore アイランドショア(CpG island shore)CpG island shore(アイランドショア) (island shore、CpGアイランドCpG island CpGアイランド(CpG island)CpG island(CpGアイランド) 上流2kb以内) | プロモーターと同じパターン |
| 遺伝子本体gene body遺伝子本体(gene body)gene body(遺伝子本体) | メチル化=誤った転写開始 transcription initiation 転写開始(transcription initiation) transcription initiation(転写開始) を防止。脱メチル化demethylation 脱メチル化(demethylation)demethylation(脱メチル化) は異常な遺伝子産物による疾患につながりうる |
| 反復配列repetitive sequence反復配列(repetitive sequence)repetitive sequence(反復配列) | 高メチル化hypermethylation 高メチル化(hypermethylation)hypermethylation(高メチル化) =内因性寄生配列の再活性化による染色体不安定性 chromosomal instability染色体不安定性(chromosomal instability) chromosomal instability(染色体不安定性)・転座・遺伝子破壊を防止(疾患ではこのパターンが崩れうる) |
ヒストン修飾とヒストンコード
💡 DNAメチル化とヒストン修飾 histone modification ヒストン修飾(histone modification) histone modification(ヒストン修飾) は互いに参照し合う——発生過程での「鶏と卵」の関係。 ヒストンメチル化はDNAメチル化パターンを方向づけ、逆にDNAメチル化はDNA複製後のヒストン修飾 histone modification ヒストン修飾(histone modification) histone modification(ヒストン修飾) パターン再構築 remodel 再構築(remodel) remodel(再構築) の鋳型として働く——両者は独立した機構ではなく、互いにフィードバックし合う。
標的: 主にヒストンH3・H4のリジン残基(N末端テールN-terminal tail N末端テール(N-terminal tail)N-terminal tail(N末端テール) が核外に突出)——メチル化・アセチル化・リン酸化・ユビキチン化ubiquitination ユビキチン化(ubiquitination)ubiquitination(ユビキチン化) を受ける。開いたクロマチン構造=遺伝子発現が起こりやすい状態。
⭐ ヒストンコード仮説histone code hypothesis ヒストンコード仮説(histone code hypothesis)histone code hypothesis(ヒストンコード仮説) ——修飾の「組み合わせ」が転写状態を極めて特異的に決める。 メチル化DNA・修飾ヒストンはそれぞれ特異的な結合タンパク・非コードRNAを引き寄せ、その相互作用複合体の構成メンバーが、発生段階developmental stages発生段階(developmental stages)developmental stages(発生段階)・細胞・遺伝子に特徴的なエピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) パターンを決定する——単一の修飾ではなく、複数の修飾の組み合わせが特異性を生む。
疾患例:レット症候群
メチル化シトシン結合タンパクmethyl-cytosine binding protein メチル化シトシン結合タンパク(methyl-cytosine binding protein)methyl-cytosine binding protein(メチル化シトシン結合タンパク) をコードするMECP2遺伝子の変異——複合体を構成するどの因子に異常が生じても疾患を来しうる好例。X連鎖性で女児に多いが、男性症例も報告されており、「女児にのみ発症し、男性胎児は必ず子宮内致死」とする説明は不正確である。2
非コードRNA
| 分類 | 長さ | 機構 |
|---|---|---|
| 短鎖非コードRNA:RNAi(RNA interference) | <200bp | 特定遺伝子および内因性ウイルス・トランスポゾンtransposonトランスポゾン(transposon)transposon(トランスポゾン)・レトロウイルスの不活化 |
| 短鎖非コードRNA:miRNA(microRNA) | 20〜23ヌクレオチド | mRNAへの結合により翻訳を阻害(mRNA分解または翻訳阻害 typical 翻訳阻害(typical) typical(翻訳阻害) の2経路) |
| 長鎖非コードRNA(lncRNA) | >200bp | 下記参照 |
lncRNAの3つの作用機構
①核酸との相互作用(DNA-RNA、RNA-RNA)、②タンパク質との相互作用(protein-RNA)——分子デコイ molecular decoy 分子デコイ(molecular decoy) molecular decoy(分子デコイ) (タンパクを隔離しその機能を妨げる)、または足場 scaffold 足場(scaffold) scaffold(足場) (タンパク複合体形成のプラット rat ラット(rat) rat(ラット) フォーム)として働く。この調節機構 regulatory mechanisms 調節機構(regulatory mechanisms) regulatory mechanisms(調節機構) は転写前・転写・転写後すべてのレベルで作動する。
⭐ XISTはX染色体不活性化を統括する長鎖非コードRNAである。 XISTは不活性化されるX染色体上で発現し、染色体規模のサイレンシングを組織化する。一般的な「センスRNAとアンチセンス antisense アンチセンス(antisense) antisense(アンチセンス) RNAが二重鎖 heavy chain 重鎖(heavy chain) heavy chain(重鎖) を作る転写後調節」の代表例として扱うのは不正確である。3 eRNA(エンハンサーenhancer エンハンサー(enhancer)enhancer(エンハンサー) がコードするlncRNA)もまた遺伝子転写を調節しうる。
X染色体不活性化
用量補償dosage compensation用量補償(dosage compensation)dosage compensation(用量補償)=異なる生物学的性の個体間で遺伝子発現量を均等化する過程。X不活性化X-inactivation X不活性化(X-inactivation)X-inactivation(X不活性化) は胚発生 embryogenesis 胚発生(embryogenesis) embryogenesis(胚発生) 初期に確立されるが、着床前の制御は種により異なる。マウスでは刷り込み imprinting 刷り込み(imprinting) imprinting(刷り込み) 型X不活性化 X-inactivation X不活性化(X-inactivation) X-inactivation(X不活性化) がみられる一方、ヒトでは同じプログラムを欠き、両X染色体の転写量を低下させる機構が示されている。したがってヒトを含む哺乳類 mammal 哺乳類(mammal) mammal(哺乳類) 全体で単純に「胚盤胞期blastocyst stage 胚盤胞期(blastocyst stage)blastocyst stage(胚盤胞期) に起こる」と固定しない。3 一度不活性化されたXの状態は、その細胞の娘細胞で維持される(02-3-cytogenetics-iのバー小体 Barr body バー小体(Barr body) Barr body(バー小体) も参照)。
flowchart TD
A["XIC(X-inactivation center)遺伝子座からXIST <span class='jp-term jp-term-diagram' title='ribonucleic acid'>RNA</span>合成開始"]
A --> B["XIST(17kbのスプライシング済み非コード<span class='jp-term jp-term-diagram' title='ribonucleic acid'>RNA</span>、1991年同定)が不活性化予定のX染色体上で安定発現"]
B --> C["XIST <span class='jp-term jp-term-diagram' title='ribonucleic acid'>RNA</span>がX染色体と結合<br>→ 染色体の凝縮と相関"]
C --> D["不活性X染色体(Xi):構造は保たれるが大半の遺伝子が発現しない<br>ただし<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pseudoautosomal region (PAR)'>偽常染色体領域</span>(PAR1・PAR2)は<span class='jp-term jp-term-diagram' title='X-inactivation'>X不活性化</span>を免れる"]
ランダムXCI vs 偏ったXCI
疾患原因変異を伴う場合、X不活性化X-inactivation X不活性化(X-inactivation)X-inactivation(X不活性化) の帰結は選択パターンに依存する:
| パターン | 内容 |
|---|---|
| ランダムXCI(random XCI) | 正常・変異アレルmutant allele 変異アレル(mutant allele)mutant allele(変異アレル) がほぼ半々で発現——両方の産物が作られる |
| 偏ったXCI(skewed XCI):有利な場合 | 正常産物を主に作る細胞が生存優位——主に正常産物が作られる |
| 偏ったXCI:不利な場合 | 変異産物を主に作る細胞が生存優位——主に、あるいは完全に変異産物のみが作られる |
⚠️ 偏ったXCIを生む3つの機構——染色体の数え間違い・不活性化の選択そのもの・XIST遺伝子自体の変異。 ①片方のX染色体上の変異が細胞生存に影響(生存有利/不利)、②片方のX染色体上のXIST遺伝子自体の変異がその染色体の転写を妨げる——斑状色素失調症incontinentia pigmenti 斑状色素失調症(incontinentia pigmenti)incontinentia pigmenti(斑状色素失調症) のBlaschko線 Blaschko's linesBlaschko線(Blaschko's lines) Blaschko's lines(Blaschko線)はこの偏ったXCIの可視化された痕跡。X顕性 revealed 顕性(revealed) revealed(顕性) 疾患は女性にのみ発症し、男性は致死という現象もこの機構による。
💡 自己免疫疾患が女性に多い一因は「偏ったX不活性化 X-inactivationX不活性化(X-inactivation) X-inactivation(X不活性化)」かもしれない。 偏ったXCIパターンは自己免疫疾患と関連するという仮説があり、女性優位性を説明する候補機序の1つとされる(免疫学 8.2:自然自己免疫と病的自己免疫 pathological autoimmunity病的自己免疫(pathological autoimmunity) pathological autoimmunity(病的自己免疫)も参照)。三毛猫tortoiseshell cat 三毛猫(tortoiseshell cat)tortoiseshell cat(三毛猫) の毛色パターンはX不活性化 X-inactivation X不活性化(X-inactivation) X-inactivation(X不活性化) のモザイク性を視覚的に示す古典的な例。
piRNA:精子形成におけるトランスポゾン抑制
トランスポゾンtransposon トランスポゾン(transposon)transposon(トランスポゾン) (動く遺伝子)の活性化はゲノム不安定性 Genomic instability ゲノム不安定性(Genomic instability) Genomic instability(ゲノム不安定性) を招きうる。piRNA経路:①トランスポゾン transposon トランスポゾン(transposon) transposon(トランスポゾン) に相補的なpiRNAの転写、②成熟、③Piwiタンパクとの会合、④配列認識、⑤標的mRNAの分解——精子形成過程でのトランスポゾン transposon トランスポゾン(transposon) transposon(トランスポゾン) 抑制に特化した機構。
ゲノムインプリンティング
定義: 親由来parent-of-origin 親由来(parent-of-origin)parent-of-origin(親由来) に応じた遺伝子の非同等な発現。
⭐ ラバmule ラバ(mule)mule(ラバ) とケッテイ hinny ケッテイ(hinny) hinny(ケッテイ) の表現型の違いは「両親のゲノムが等価ではない」ことの生きた証明。 馬(父)×ロバ(母)の交配で生まれるラバmuleラバ(mule)mule(ラバ)と、ロバ(父)×馬(母)の交配で生まれるケッテイhinnyケッテイ(hinny)hinny(ケッテイ)は、遺伝的には「半分ずつ」同じでも表現型が異なる——両親のゲノムは互換ではなく、由来(父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) か母性 maternal 母性(maternal) maternal(母性) か)そのものが情報をもつことを示す。
核移植実験が示す親ゲノムの非等価性
| 実験 | 内容 | ヒトでの対応 |
|---|---|---|
| 雌性発生体gynogenote 雌性発生体(gynogenote)gynogenote(雌性発生体) (母性maternal 母性(maternal)maternal(母性) ゲノムのみ) | マウスでは発生は開始するが、胎盤膜placental membrane 胎盤膜(placental membrane)placental membrane(胎盤膜) が形成されず細胞死 | 奇形癌腫teratocarcinoma奇形癌腫(teratocarcinoma)teratocarcinoma(奇形癌腫) |
| 雄性発生体androgenote 雄性発生体(androgenote)androgenote(雄性発生体) (父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) ゲノムのみ) | 過剰増殖した胎盤膜 placental membrane 胎盤膜(placental membrane) placental membrane(胎盤膜) のみをもつ | 全胞状奇胎hydatidiform mole胞状奇胎(hydatidiform mole)hydatidiform mole(胞状奇胎) |
インプリンティングと片親性ダイソミー
UPD=相同染色体 homologous chromosomes 相同染色体(homologous chromosomes) homologous chromosomes(相同染色体) 対の両方が同一親由来 parent-of-origin親由来(parent-of-origin) parent-of-origin(親由来)(m=母性 maternal母性(maternal) maternal(母性)、p=父性 paternal父性(paternal) paternal(父性))。インプリンティングされた(=サイレンシングされた)アレルは発現せず、もう一方の親由来 parent-of-origin 親由来(parent-of-origin) parent-of-origin(親由来) アレルだけが発現する。
| 疾患 | 原因 |
|---|---|
| プラダー・ウィリー症候群Prader-Willi syndromeプラダー・ウィリー症候群(Prader-Willi syndrome)Prader-Willi syndrome(プラダー・ウィリー症候群) | 母性maternal 母性(maternal)maternal(母性) UPD(28%)、父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) 15q11-13欠失(70%)、誤ったインプリンティング(<2%)——肥満・小さい手足・性器発育不全・軽度精神遅滞 intellectual disability精神遅滞(intellectual disability) intellectual disability(精神遅滞) |
| アンジェルマン症候群Angelman syndromeアンジェルマン症候群(Angelman syndrome)Angelman syndrome(アンジェルマン症候群) | 父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) UPD(4%)、母性maternal 母性(maternal)maternal(母性) 15q11-13欠失(70%)、誤ったインプリンティング(8%)、UBE3A変異(母性maternal 母性(maternal)maternal(母性) 発現遺伝子、8%)——発達遅滞・常同運動stereotyped movements常同運動(stereotyped movements)stereotyped movements(常同運動)・特徴的な笑い(旧称「幸せな操り人形症候群」)・言語障害speech disorders言語障害(speech disorders)speech disorders(言語障害) |
| シルバー・ラッセル症候群Silver-Russell syndromeシルバー・ラッセル症候群(Silver-Russell syndrome)Silver-Russell syndrome(シルバー・ラッセル症候群)、ベックウィズ・ヴィーデマン症候群Beckwith-Wiedemann syndromeベックウィズ・ヴィーデマン症候群(Beckwith-Wiedemann syndrome)Beckwith-Wiedemann syndrome(ベックウィズ・ヴィーデマン症候群)、母性maternal母性(maternal)maternal(母性)/父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) UPD14症候群 | それぞれ特定領域のインプリンティング異常 imprinting disorderインプリンティング異常(imprinting disorder) imprinting disorder(インプリンティング異常) |
⭐ 同じ15q11-13領域でも「欠失した親」によって全く異なる疾患になる——プラダー・ウィリーとアンジェルマンの対比が核心。 父性paternal 父性(paternal)paternal(父性) アレルの欠失・機能喪失はプラダー・ウィリー症候群 Prader-Willi syndrome プラダー・ウィリー症候群(Prader-Willi syndrome) Prader-Willi syndrome(プラダー・ウィリー症候群) を、母性maternal 母性(maternal)maternal(母性) アレルの欠失・機能喪失はアンジェルマン症候群 Angelman syndrome アンジェルマン症候群(Angelman syndrome) Angelman syndrome(アンジェルマン症候群) を引き起こす——同じ染色体領域でも、どちらの親由来 parent-of-origin 親由来(parent-of-origin) parent-of-origin(親由来) かによって全く異なる臨床像になるという、インプリンティングの本質を最も鮮やかに示す対。
親の利害対立説
💡 母親は「資源を節約する」遺伝子をサイレンシングし、父親は「成長を抑える」遺伝子をサイレンシングする——進化的な綱引き。 母親は成長促進遺伝子(例:Igf2)をサイレンシングして自身の資源を節約する方向に、父親は成長抑制遺伝子(例:Igf2r)をサイレンシングして母親の犠牲の上に胎児の成長を最大化する方向に働く——インプリンティングパターンそのものが、両親間の進化的な利害対立 opposition 対立(opposition) opposition(対立) を反映しているという仮説。
Igf2/Igf2rはインプリンティングの代表例。 インプリンティング消失loss of imprinting, LOI インプリンティング消失(loss of imprinting, LOI)loss of imprinting, LOI(インプリンティング消失) はがん遺伝子の活性化に関わる——健常細胞ではIGF2(インスリン様成長因子 growth factor 成長因子(growth factor) growth factor(成長因子) 2)は父性 paternal 父性(paternal) paternal(父性) アレルのみが発現するが、大腸がんでは母性 maternal 母性(maternal) maternal(母性) アレルも発現してしまう。
エピジェネティクスと老化・疾患
加齢に伴いエピジェネティックマーカー epigenetic marker エピジェネティックマーカー(epigenetic marker) epigenetic marker(エピジェネティックマーカー) は劣化する。がん抑制遺伝子tumor suppressor geneがん抑制遺伝子(tumor suppressor gene)tumor suppressor gene(がん抑制遺伝子)・ミューテーター遺伝子mutator gene ミューテーター遺伝子(mutator gene)mutator gene(ミューテーター遺伝子) の高メチル化 hypermethylation 高メチル化(hypermethylation) hypermethylation(高メチル化) (例:大腸がんの40%でp16遺伝子がメチル化)、がん遺伝子の低メチル化 hypomethylation 低メチル化(hypomethylation) hypomethylation(低メチル化) が典型例(09-1-genetics-of-biological-processesも参照)。
食事・環境とエピジェネティクス
肥満では遊離脂肪酸 free fatty acids 遊離脂肪酸(free fatty acids) free fatty acids(遊離脂肪酸) 曝露が脂肪組織常在マクロファージ adipose tissue resident macrophage 脂肪組織常在マクロファージ(adipose tissue resident macrophage) adipose tissue resident macrophage(脂肪組織常在マクロファージ) をM1型(炎症促進性pro-inflammatory炎症促進性(pro-inflammatory)pro-inflammatory(炎症促進性)、pro-inflammatory)へ偏極 polarization 偏極(polarization) polarization(偏極) させ、インスリン作用を阻害する。食事は次世代の健康にもエピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) な影響を及ぼし——父親・母親双方の食事が関与する。
⭐ アグーチマウスagouti mouse アグーチマウス(agouti mouse)agouti mouse(アグーチマウス) は「同じ遺伝子型でも食事だけで毛色と肥満度が変わる」教科書的実験系。 アグーチ遺伝子が非メチル化のまま毛包・脳で生涯活性を保つと黄色い毛と肥満を来す——母親にメチルドナー(葉酸)を与えると、アグーチ遺伝子がメチル化され野生型の表現型になる。ゲノムは同一、メチル化パターンだけが異なる——この現象をメタステイブル・エピアレルmetastable epiallele エピアレル(metastable epiallele)metastable epiallele(エピアレル) (発生極早期に確立されたエピジェネティック修飾 epigenetic modification エピジェネティック修飾(epigenetic modification) epigenetic modification(エピジェネティック修飾) により発現が変動するアレル)と呼ぶ。
低タンパク・低カロリー食で飼育された妊娠マウスの子は有意に体重が軽くなり、リボソームDNA(rDNA)遺伝子の高メチル化 hypermethylation 高メチル化(hypermethylation) hypermethylation(高メチル化) が生涯持続した——このメチル化は将来の飢餓 starvation 飢餓(starvation) starvation(飢餓) への適応と考えられ、遺伝的変異genetic variation 遺伝的変異(genetic variation)genetic variation(遺伝的変異) 自体もメチル化過程に影響を与える。分化メチル化領域differentially methylated region, DMR分化メチル化領域(differentially methylated region, DMR)differentially methylated region, DMR(分化メチル化領域)という概念で記述される。
世代を超える伝達
| 用語 | 定義 |
|---|---|
| 世代間遺伝intergenerational inheritance世代間遺伝(intergenerational inheritance)intergenerational inheritance(世代間遺伝) | 親から子への伝達 |
| 経世代遺伝transgenerational inheritance経世代遺伝(transgenerational inheritance)transgenerational inheritance(経世代遺伝) | 複数世代にわたる伝達 |
代謝異常をもつマウスの精子由来の非コードRNA(miRNA・tsRNA)を接合体に注入すると、生まれるマウスに代謝疾患を再現できる——精巣上体の細胞外小胞 extracellular vesicle (EV) 細胞外小胞(extracellular vesicle (EV)) extracellular vesicle (EV)(細胞外小胞) (EV:extracellular vesicle、epididymosomeと呼ばれる)が精子にtsRNAを転送する経路が想定される。肥満・高脂肪食high-fat diet (HFD) 高脂肪食(high-fat diet (HFD))high-fat diet (HFD)(高脂肪食) 誘発性の血液-精巣関門の破綻が、環境誘発性の体細胞EVの精子形成細胞への移行を促進しうる。
⚠️ ヒトの祖父母世代の栄養状態 Malnutrition or obesity 栄養状態(Malnutrition or obesity) Malnutrition or obesity(栄養状態) と孫世代の2型糖尿病などの代謝リスクとの関連は、経世代エピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) 遺伝の証明とは限らない。 スウェーデンの歴史コホートは関連を示す観察研究であり、遺伝的・社会的social 社会的(social)social(社会的) 交絡 confounding 交絡(confounding) confounding(交絡) を除いて因果機序を確定するものではない。哺乳類mammal 哺乳類(mammal)mammal(哺乳類) で獲得メチル化と表現型の複数世代伝達を直接示した実験的証拠はマウスで得られているが、研究自体もこの領域をなお議論中と位置づけている。4
エピジェネティック時計
エピジェネティック時計epigenetic clock エピジェネティック時計(epigenetic clock)epigenetic clock(エピジェネティック時計) は、複数のCpG部位のDNAメチル化水準から年齢を推定する指標群である。個々の時計は異なるCpG部位集合を用いるため、特定の部位数や「CpGアイランドCpG islandCpGアイランド(CpG island)CpG island(CpGアイランド)」を分野全体の固定仕様として扱わない。暦年齢chronological age 暦年齢(chronological age)chronological age(暦年齢) との相関は高いが、生物学的老化速度の測定、個人の予後予測 prognostic予後予測(prognostic) prognostic(予後予測)、介入評価へ応用するには機序・組織差・集団差の検討が必要である。5(01-1-introduction-to-human-geneticsも参照)。
まとめ
- エピジェネティクスEpigenetics エピジェネティクス(Epigenetics)Epigenetics(エピジェネティクス) はDNA配列を変えずに遺伝子発現を有糸分裂・減数分裂を通じて伝達可能な形で変化させる過程で、DNAメチル化(転写レベルtranscriptional level転写レベル(transcriptional level)transcriptional level(転写レベル))・ヒストン修飾histone modification ヒストン修飾(histone modification)histone modification(ヒストン修飾) (翻訳後レベルpost-translational level翻訳後レベル(post-translational level)post-translational level(翻訳後レベル))・クロマチンリモデリングchromatin remodelingクロマチンリモデリング(chromatin remodeling)chromatin remodeling(クロマチンリモデリング)・非コードRNA(転写後レベルpost-transcriptional level転写後レベル(post-transcriptional level)post-transcriptional level(転写後レベル))の4機構からなる。200種類を超える細胞型はすべて同じDNAをエピジェネティック epigenetic エピジェネティック(epigenetic) epigenetic(エピジェネティック) に異なる形で読んでいる。
- DNAメチル化は主にCpGジヌクレオチドに生じ、プロモーターでは高メチル化 hypermethylation 高メチル化(hypermethylation) hypermethylation(高メチル化) が転写抑制に関与する。ヒストンコード仮説histone code hypothesis ヒストンコード仮説(histone code hypothesis)histone code hypothesis(ヒストンコード仮説) は修飾の「組み合わせ」が転写状態を決めるとし、MECP2変異によるレット症候群 Rett syndrome レット症候群(Rett syndrome) Rett syndrome(レット症候群) がその破綻例。
- lncRNAはDNA・RNA・タンパクとの相互作用を介し全レベルで遺伝子発現を調節し、XISTはX染色体不活性化を統括する。
- X不活性化X-inactivation X不活性化(X-inactivation)X-inactivation(X不活性化) はXIST/XICを介して胚発生 embryogenesis 胚発生(embryogenesis) embryogenesis(胚発生) 初期に確立され維持されるが、着床前の用量補償 dosage compensation 用量補償(dosage compensation) dosage compensation(用量補償) 機構にはヒトとマウスで差がある。ランダムXCIと偏ったXCI(有利/不利)の違いが、X連鎖疾患の重症度・自己免疫疾患の女性優位性に関わる。
- ゲノムインプリンティングgenomic imprinting ゲノムインプリンティング(genomic imprinting)genomic imprinting(ゲノムインプリンティング) は親由来 parent-of-origin 親由来(parent-of-origin) parent-of-origin(親由来) による非同等な遺伝子発現で、ラバmuleラバ(mule)mule(ラバ)/ケッテイhinny ケッテイ(hinny)hinny(ケッテイ) の表現型差・雌性発生体gynogenote雌性発生体(gynogenote)gynogenote(雌性発生体)/雄性発生体androgenote 雄性発生体(androgenote)androgenote(雄性発生体) の実験がその存在を証明する。プラダー・ウィリー症候群Prader-Willi syndrome プラダー・ウィリー症候群(Prader-Willi syndrome)Prader-Willi syndrome(プラダー・ウィリー症候群) とアンジェルマン症候群 Angelman syndrome アンジェルマン症候群(Angelman syndrome) Angelman syndrome(アンジェルマン症候群) は同じ15q11-13領域の父性 paternal父性(paternal) paternal(父性)/母性欠失maternal deletion 母性欠失(maternal deletion)maternal deletion(母性欠失) という対照的な機序で生じ、親の利害対立説 Igf2/Igf2r 利害対立説(Igf2/Igf2r) Igf2/Igf2r(利害対立説) がインプリンティングの進化的説明を与える。
- 食事・環境による経世代的影響はマウスで実験的証拠がある一方、ヒトの歴史コホートは関連を示す観察研究として慎重に解釈する。エピジェネティック時計epigenetic clock エピジェネティック時計(epigenetic clock)epigenetic clock(エピジェネティック時計) は複数のCpG部位のメチル化から年齢を推定する指標群である。
出典
- 1.DNA methylation and cancer(Advances in Genetics・2010)哺乳類のDNAメチル化は主にCpGジヌクレオチドのシトシンに生じ、プロモーター高メチル化は遺伝子サイレンシングに関与する閲覧 2026-08-24
- 2.Brief report: systematic review of Rett syndrome in males(Journal of Autism and Developmental Disorders・2015)レット症候群は女性に限定されず、系統的レビューで男性症例も報告されている閲覧 2026-08-24
- 3.The Role of Xist in X-Chromosome Dosage Compensation(Trends in Cell Biology・2018)XISTはX染色体不活性化を統括する長鎖非コードRNAであり、ヒトとマウスでは着床前のX染色体用量補償が異なる閲覧 2026-08-24
- 4.Transgenerational inheritance of acquired epigenetic signatures at CpG islands in mice(Cell・2023)マウスで人工的に導入したプロモーターCpGアイランドのメチル化と代謝表現型が複数世代へ伝達されうる一方、哺乳類の経世代エピジェネティック遺伝はなお議論中である閲覧 2026-08-24
- 5.DNA methylation aging clocks: challenges and recommendations(Genome Biology・2019)エピジェネティック時計は複数のCpG部位のDNAメチル化水準から年齢を推定する指標群であり、機序と臨床的有用性には検討課題が残る閲覧 2026-08-24