遺伝子制御とエピジェネティクス

細胞は同じ遺伝子を持つにもかかわらず、発現する遺伝子、その時期、および強さを制御するため、異なる挙動を示します。これらの制御状態の一部は、DNA配列に変化がないにもかかわらず遺伝します。

Definition

遺伝子制御とは、どの遺伝子がどの程度発現するかを制御するメカニズムの集合であり、エピジェネティクスとは、根底にあるDNA配列の変化を伴わない、遺伝子発現における遺伝性の変化を研究する学問分野です。

Scope

この分野は、プロモーター、エンハンサー、転写因子による転写の制御、低分子RNAやRNA干渉を含むRNAの制御的役割、クロマチン修飾とその遺伝的伝達による遺伝子発現の制御、およびゲノムインプリンティングなどの親由来効果を扱います。固定されたゲノムの発現がどのようにエピジェネティックに制御され、遺伝されるかを論じます。遺伝子自体の構造と配列レベルの変異については、分子遺伝学で扱われます。

Sub-topics

• クロマチンとエピジェネティック遺伝
• ゲノムインプリンティングと親由来効果
• RNAを基盤とする制御
• 転写調節

Core questions

• 転写因子、プロモーター、エンハンサーは、遺伝子がいつ転写されるかをどのように決定するのでしょうか？
• RNA分子は、転写後に遺伝子発現をどのように制御するのでしょうか？
• クロマチン修飾は、遺伝子のオン/オフをどのように切り替え、その状態を娘細胞にどのように伝達するのでしょうか？
• インプリンティングなどの親由来効果は、どのように発生し、持続するのでしょうか？

Key theories

遺伝子制御のオペロンモデル

JacobとMonodは、細菌の遺伝子がシグナルに応答してDNAに結合する制御タンパク質によってオン/オフを切り替えられることを示し、制御された遺伝子発現の原理を確立しました。

エピジェネティックな遺伝

DNAメチル化とヒストン修飾のパターンは、細胞分裂を通じて、そして場合によっては世代を超えて伝播し、DNA配列を変化させることなく遺伝子発現状態を伝達することができます。

Clinical relevance

遺伝子発現の誤制御は癌や多くの発達障害を引き起こし、異常なメチル化などのエピジェネティックな変化は診断および治療の標的となり、インプリンティング障害は親由来の疾患を示し、RNAベースの制御は増加する治療法の基盤となっています。

History

JacobとMonodの1961年のオペロンモデルは、遺伝子が構成的に発現するのではなく制御されることを示しました。Waddingtonは以前に、遺伝子型が表現型を生み出す仕組みをエピジェネティクスと名付け、1998年のRNA干渉の発見とクロマチンマークの分子マッピングにより、階層的で遺伝性の制御という現代の概念が確立されました。

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Conrad Waddington
• Andrew Fire

Seminal works

• jacobMonod1961
• allis2007

Frequently asked questions

エピジェネティックとはどういう意味ですか？

DNA配列自体を変化させない、遺伝子発現における遺伝性の変化を指します。例えば、DNAやその関連タンパク質上の化学的修飾が遺伝子のオン/オフを切り替え、娘細胞に受け継がれることがあります。

すべての細胞が同じ遺伝子を持っているのに、なぜ細胞はこれほど異なるのですか？

細胞が異なるのは、共通の遺伝子の異なるサブセットを発現しているためです。制御メカニズムが各細胞型でどの遺伝子が活性であるかを決定し、エピジェネティックなマークが細胞が特殊化する際にこれらの決定を固定するのに役立ちます。