疾患の病態形成における遺伝的変異の役割；遺伝的因子の研究法

🧠 「変異」と「多型」の違いは、集団中の頻度が1%を超えるかどうかだけで決まる——同じ塩基変化 base change 塩基変化（base change） base change（塩基変化） でも頻度次第で呼び名（そして意味合い：疾患そのもの vs 性質・リスク）が変わる。この頻度による線引きを軸に、単一遺伝子疾患monogenic disease 単一遺伝子疾患（monogenic disease）monogenic disease（単一遺伝子疾患） から多因子疾患 polygenic, complex/multifactorial disease 多因子疾患（polygenic, complex/multifactorial disease） polygenic, complex/multifactorial disease（多因子疾患） までの遺伝性のスペクトラムを理解する。

疾患の病態形成における遺伝的変異の役割

無関係unrelated 無関係（unrelated）unrelated（無関係） な2人のゲノムの違いはおよそ0.1〜0.5%（一塩基レベルなら約300万箇所）——つまりヒトゲノムは他人とも99.5〜99.9%同一である。この変異の帰結が表現型（身長・毛髪色・皮膚色など）・疾患・疾患リスク因子などとして現れる→単一遺伝子疾患monogenic disease単一遺伝子疾患（monogenic disease）monogenic disease（単一遺伝子疾患）。単一遺伝子疾患monogenic disease 単一遺伝子疾患（monogenic disease）monogenic disease（単一遺伝子疾患） は1つの遺伝子の変異により引き起こされる（鎌状赤血球貧血sickle cell anemia鎌状赤血球貧血（sickle cell anemia）sickle cell anemia（鎌状赤血球貧血）、嚢胞性線維症、ハンチントン病Huntington diseaseハンチントン病（Huntington disease）Huntington disease（ハンチントン病）など）。

💡 「0.1%」「0.5%」「約300万塩基」は数え方が違うだけで矛盾しない。 一塩基置換だけで数えると約3 Gbのうち約300万箇所＝約0.1%（他人と約99.9%同一）になる。一方、欠失・重複・逆位inversion 逆位（inversion）inversion（逆位） などの構造変異は件数こそ少ないが1件あたりが長いため、ヒトゲノム間で異なる塩基の大半を占める——ここまで塩基数で積み上げると差は0.5%側に寄り、「99.5%同一」という言い方になる¹。どちらの数え方の話をしているかを意識して読む。

個体間差の原因には、独立の法則 independent assortment法則（independent assortment） independent assortment（法則）、減数分裂中の遺伝子交換（乗換えと組換え、crossing over and recombination）、様々な変異事象が含まれる。

SNPと点変異の違い（頻度による定義）

• SNP（一塩基多型single-nucleotide polymorphisms, SNP一塩基多型（single-nucleotide polymorphisms, SNP）single-nucleotide polymorphisms, SNP（一塩基多型）、single nucleotide polymorphism）：単一塩基変化 base change 塩基変化（base change） base change（塩基変化） が集団内で1%以上の頻度で生じるもの
• 点変異：単一塩基変化 base change 塩基変化（base change） base change（塩基変化） が集団内で1%未満の頻度で生じるもの

多型となる長さ変異

⚠️ 「頻度1%を境に変異／多型」という二分法 dichotomy 二分法（dichotomy） dichotomy（二分法） は、現在の臨床遺伝学では用語として使われていない。 次世代シーケンサの普及により遺伝学的検査が単一遺伝子からパネル・エクソームexomeエクソーム（exome）exome（エクソーム）・ゲノムへ広がったことを受け、ACMG（米国臨床遺伝・ゲノム学会）とAMP（分子病理molecular pathology 分子病理（molecular pathology）molecular pathology（分子病理） 学会）は2015年の合同ガイドラインで、配列変化を「病的pathogenic病的（pathogenic）pathogenic（病的）／おそらく病的（likely pathogenic）／意義不明uncertain significance, VUS意義不明（uncertain significance, VUS）uncertain significance, VUS（意義不明）／おそらく良性（likely benign）／良性benign良性（benign）benign（良性）」の5段階に分類する標準用語を推奨した。分類は頻度だけでなく、機能解析・家系内分離・計算予測など複数種の証拠を重み付けして決める²。試験では上の「変異＝疾患／多型＝性質」の対比を答えられるようにしつつ、実地では頻度が1%を超えても病的なバリアントはあり、1%未満でも無害なものが大多数であるため、この5段階分類が正本だと理解しておく。

💡 「集団内頻度1%以上か」を実際に判定するための土台が1000人ゲノムプロジェクトである。 26集団2,504人を低カバレッジ全ゲノム・深部エクソーム exomeエクソーム（exome） exome（エクソーム）・高密度マイクロアレイ microarray マイクロアレイ（microarray） microarray（マイクロアレイ） の組合せで解読し、計8,800万超のバリアント（SNP 8,470万、短い挿入欠失360万、構造変異6万）をハプロタイプ haplotype ハプロタイプ（haplotype） haplotype（ハプロタイプ） 上に位相決定して公開した。この資源は頻度1%超のSNPの99%以上を収載しており、多型かどうかの頻度判定はこうした参照データベースへの照合で行う³。希少側はgnomADが担い、125,748エクソーム exome エクソーム（exome） exome（エクソーム） ＋15,708ゲノム（計141,456人）の集約から443,769件の高信頼な機能喪失バリアントが同定され、遺伝子ごとの「不活化への耐性」を測る物差しが与えられた⁴。

⭐ 変異は通常疾患を引き起こすが、多型（SNPなど）は疾患リスクを増減させるにとどまる。 例：嚢胞性線維症はCFTR蛋白質をコードする単一遺伝子の変異の結果である。CFTRは通常、細胞からCl⁻などのイオンを放出するチャネルとして働くが、機能不全（CFの場合）により塩バランス異常と粘稠な粘液産生 mucus production 粘液産生（mucus production） mucus production（粘液産生） （水の輸送不全）を招く。

SNP・点変異の影響（コード領域）

• 何も起こらない（生物学的効果maximal biological effect 生物学的効果（maximal biological effect）maximal biological effect（生物学的効果） なし→mRNA安定性への影響のみ）
• スプライシング異常aberrant splicing スプライシング異常（aberrant splicing）aberrant splicing（スプライシング異常） （false splicing、イントロン切除の誤り）
• アミノ酸の変化
• ナンセンス変異nonsense mutation ナンセンス変異（nonsense mutation）nonsense mutation（ナンセンス変異） （早期終止コドンpremature stop codon早期終止コドン（premature stop codon）premature stop codon（早期終止コドン））

挿入・欠失の影響（コード領域）

• フレームシフト変異frameshift mutationフレームシフト変異（frameshift mutation）frameshift mutation（フレームシフト変異）

長さ変異の影響（コード領域）

• 3n塩基対 base pairing 塩基対（base pairing） base pairing（塩基対） ：n個のアミノ酸の増減（読み枠reading frame 読み枠（reading frame）reading frame（読み枠） を保つ）
• 3n+1、3n+2塩基対 base pairing 塩基対（base pairing） base pairing（塩基対） ：フレームシフト変異 frameshift mutationフレームシフト変異（frameshift mutation） frameshift mutation（フレームシフト変異）

非コード領域における遺伝的変異の影響

• 転写因子・マイクロRNAmicroRNA マイクロRNA（microRNA）microRNA（マイクロRNA） 分子などの結合親和性 binding affinity 結合親和性（binding affinity） binding affinity（結合親和性） の変化

疾患の病因論

遺伝的因子を研究する方法

候補遺伝子解析candidate gene analysis候補遺伝子解析（candidate gene analysis）candidate gene analysis（候補遺伝子解析）：選定した遺伝子群について仮説を立て、特定の標的を解析する。重要な標的が見落とされる場合がある。

GWAS（ゲノムワイド関連解析Genome-wide association studyゲノムワイド関連解析（Genome-wide association study）Genome-wide association study（ゲノムワイド関連解析）、genome-wide association study）：ゲノム全体にわたる多型を対象とする。仮説を立てず、あらゆる箇所を調べて関連を探索する。多重検定の補正のため統計解析を要する。

💡 GWAS（アレイ）と全ゲノムシーケンス（WGS）の位置づけは移り変わっている。 GWASはあらかじめ選んだタグSNPをマイクロアレイ microarray マイクロアレイ（microarray） microarray（マイクロアレイ） で型判定し、連鎖不平衡linkage disequilibrium, LD 連鎖不平衡（linkage disequilibrium, LD）linkage disequilibrium, LD（連鎖不平衡） を介して周辺の共通バリアントを間接的に捉える設計である。したがってアレイに載っていない希少バリアント・構造変異・反復領域は原理的に取りこぼす。近年はここを直接読む方向へ移りつつあり、UK Biobankでは490,640人分の全ゲノムシーケンスが公開され、構造変異やUTRを含むエキソン exon エキソン（exon） exon（エキソン） 領域の型判定精度が上がった結果、全エクソーム exome エクソーム（exome） exome（エクソーム） シーケンス（WES）解析では見えなかった関連が新たに同定されている⁵。⚠️ 「GWAS＝ゲノム全体を読む方法」ではない——読むのではなくタグSNPで代表させる方法であり、WGSはその制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を外した設計だと整理する。

ケース-コントロール研究 case-control studyコントロール研究（case-control study） case-control study（コントロール研究）：ケース群・コントロール群のアレル頻度 allele frequencyアレル頻度（allele frequency） allele frequency（アレル頻度）/遺伝子型頻度を比較し、統計的に有意な差があるかを検討する。

伝達不平衡検定transmission disequilibrium test伝達不平衡検定（transmission disequilibrium test）transmission disequilibrium test（伝達不平衡検定）：罹患児がどちらの親からどのアレルを受け継いだかを調べる——ヘテロ接合 heterozygous ヘテロ接合（heterozygous） heterozygous（ヘテロ接合） の親のみが解析対象となる。単一遺伝子疾患monogenic disease 単一遺伝子疾患（monogenic disease）monogenic disease（単一遺伝子疾患） であれば、解析対象の子は全員罹患し、100%が父または母いずれか一方からその遺伝子を受け継いでいるはずである。

まとめ

• 遺伝的変異genetic variation 遺伝的変異（genetic variation）genetic variation（遺伝的変異） には塩基変化 base change 塩基変化（base change） base change（塩基変化） （点変異/SNP）と長さ変異（挿入欠失/VNTR/CNV）があり、集団内頻度1%を境界に「変異＝疾患」「多型＝性質・リスク」と呼び分けられる——ただし臨床では2015年のACMG/AMPガイドライン以降、頻度による二分ではなく病的〜良性の5段階分類（VUSを含む）が標準用語である。
• コード領域での変異は無症状・スプライシング異常aberrant splicingスプライシング異常（aberrant splicing）aberrant splicing（スプライシング異常）・アミノ酸変化・ナンセンス変異nonsense mutationナンセンス変異（nonsense mutation）nonsense mutation（ナンセンス変異）・フレームシフトframeshift フレームシフト（frameshift）frameshift（フレームシフト） など多様な帰結をもたらし、非コード領域では転写因子/miRNA結合親和性 binding affinity 結合親和性（binding affinity） binding affinity（結合親和性） の変化として現れる。
• 疾患の病因は単一遺伝子疾患 monogenic disease 単一遺伝子疾患（monogenic disease） monogenic disease（単一遺伝子疾患） （遺伝率heritability 遺伝率（heritability）heritability（遺伝率） 100%）から複合疾患 complex disease 複合疾患（complex disease） complex disease（複合疾患） （遺伝要因＋環境要因）まで連続的なスペクトラムをなす。
• 遺伝的因子の研究法には仮説駆動型 hypothesis-driven 仮説駆動型（hypothesis-driven） hypothesis-driven（仮説駆動型） の候補遺伝子解析 candidate gene analysis 候補遺伝子解析（candidate gene analysis） candidate gene analysis（候補遺伝子解析） と非仮説駆動型 hypothesis-driven 仮説駆動型（hypothesis-driven） hypothesis-driven（仮説駆動型） のGWASがあり、ケース-コントロール研究 case-control studyコントロール研究（case-control study） case-control study（コントロール研究）・伝達不平衡検定transmission disequilibrium test 伝達不平衡検定（transmission disequilibrium test）transmission disequilibrium test（伝達不平衡検定） と組み合わせて疾患との関連を検証する。
• GWASはタグSNPアレイによる共通バリアントの間接的検出であり、希少バリアント・構造変異は取りこぼす——1000人ゲノム（8,800万バリアント）・gnomAD（141,456人）・UK BiobankのWGS（490,640人）といった大規模 genome mutation 大規模（genome mutation） genome mutation（大規模） シーケンス資源が、その空白を埋める側の道具 tool 道具（tool） tool（道具） 立てである。