突然変異の第一歩

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生命科学Ⅱ
突然変異が出現するしくみ
(1)DNAに生じる障害と原因
傷害が直ちに突然変異になるわけではない
・
紫外線（UV）
放射線(X線、γ線)
化学物質など
1pm-10nm
X線
電離放射線、電磁波
突然変異 (変異、mutation)
定義：同一生物種の集団で、大多数の個体の性質(形質)と異
なる性質を持つ個体(ミュータント)が出現すること。
原因：DNA上の文字分子の並びに変化が起こることが原因。
DNAの文字配列の変化は、転写を介して、タンパク
質のアミノ酸の並びに変化を起し、細胞の性質を変
化させる。
では、DNAに生じた傷は直に文字の変化を起こすの
か？生じた変化は遺伝する？
突然変異の結果
突然変異の結果できた個体を突然変異体（ﾐｭｰﾀﾝﾄ）と呼ぶ。変異
を起こす物理的・化学的な要因を変異原という。
突然変異には外見的に見える変化と見えない変化がある。生殖細胞
に生じる突然変異は子供に影響を与えるが、普通の細胞に生じる変
異は子供に影響することは無い。主に、発ガンや機能不全などの疾
病を起こすことになる。
DNAに出来る傷が変異の原因になるのだが・・・。UVと放射線を考
えてみる。
突然変異は、DNAに生じる傷から出発するが・・・
紫外線（UV）（波長によりUV-A, UV-B, UV-Cに分類）
紫外線はDNAの文字分子に吸収され、T/Cが並んでいると結合さ
せる(二量体形成=260nm)。T/CはA/Gより紫外線を多く吸収す
る。二量体はDNA合成を阻害して生物の増殖能を低下させる。
UV-A （315–380 nm）：皮膚深く侵入し、真皮層の蛋白質を変性させ
て皮膚を老化させる。UV-Bで生成したメラニン色素を酸化させ
て褐色に変化させる。
UV-B （280–315nm）：皮膚深くには侵入せず表皮に作用。色素細胞
がメラニンを生成し、生存に必須なビタミンDを作る。
UV-C （200–280 nm）：これまでは、UV-Cは上空のオゾン層に遮られ
て地表には達しなかった。強い殺菌作用があり、生体への破壊
的作用は最も強い。オゾン層の破壊は、UV-Cを地表に到達させ、
様々な生物相に影響を与えると危惧される。
放射線(1pm-10nm)
◇
DNAにＸ線(波長1pm - 10nm)やγ線を照射した場合の障害には、
直接作用と間接作用がある。障害の2/3は間接作用で1/3は直接作
用。代表的な直接作用は、DNAの一本鎖又は二本鎖の切断で、一本
鎖切断は二本鎖切断の5～6倍起こる。
◇
間接作用：生物の約80％は水なので放射線のほとんどは細胞中の
水と衝突して水分子に変化を起こす。つまりOHラジカル、Hラジカ
ル、H2O2などができて、これらがDNAやタンパク質と反応する。
ラジカルはDNAと相互作用して、DNA鎖切断を起こしたり、環状分
子(糖、文字分子)を壊したりする。また文字分子にOH基などを付け
たり、タンパク質との直接結合させるなどの影響を与える。
1個の動物細胞に起こっているDNA損傷の数
（37℃,１時間あたりに生じる推定値、 by Dr. R. B. Setlow, 2003 ）
1) Ａ or G の脱落
440
2) Ｔ or C の脱落
22
3) Ｃ塩基からアミノ基の脱落
4) 一本鎖の切断
6
1,760
5) A or G 脱落後の一本鎖切断
440
6) O6-メチルG
100
7) 自然放射線による単鎖切断（1.4mSv/年）
10-4
合計障害個数
参考値：TT結合の形成（皮膚紫外線）
（日照下のテキサス、正午）
2,768
4,000
難病情報センター
DNA修復が欠損している人に起こる病気
色素性乾皮症(XP、xeroderma pigmentosum)
日光による遺伝子の傷を修復する仕組(修復酵素の欠損)に障害がある
ために、遺伝子の傷が修復されず、日光露光部の皮膚にしみが生じ、
皮膚が乾燥し、皮膚がんを生じる病気。この病気には8つの型がある。
日光にあたる部位に皮膚がんが生じるのは全ての型のXPに共通。
日本では人口２万２千人に1人の割合で患者さんが存在。日光を徹底
的に避ける生活。
全国色素性乾皮症（ＸＰ）連絡会
http://www.xp-japan.net/xp.html
光には波の性質があり、波の長さ（波長）によって、光の色が決まり
ます。可視光線（400～700nm：ナノメートル）、赤外線、紫外線。
紫外線は、400nm以下の波長を持つ光で目には見えません。Ａ波：
320 nm～400nm、Ｂ波：280nm～320nm、Ｃ波：280nm以下に分
類できる（300nm以下はオゾン層によりさえぎられる）。
ＸＰの患者さんにとって重要なのは300-340nmです。この事は、と
ても大事なことで、生活の基本的知識として理解しておくことが必要
です。最近Ａ波についても危険性が指摘されています。
日焼け止めクリームの効果の表記
SPF：Sun Protection Factor
UV-Bの防止効果を表す目安。
紫外線があたり始めてから日焼けするまでの時間(15～20分)を何倍遅らせ
ることができるか(SPF30なら30倍遅らせる)。これを塗ったら100％紫外
線が防げるというわけではないので注意。
PA：Protection Grade of UVA
UV-A防止効果を表す目安。
４段階で効果を表記
PA++++
PA+++
PA++
PA+
極めて高い効果
非常に効果がある
かなり効果がある
効果がある
衣類にUPFと記載されている場合もある、UVカット効果がある衣類の場合。
TTダイマーが出来たイメージ
DNA損傷の種類
1本鎖切断（放射線）
Aの脱落
Gの脱落
Gにメチル基結合
発がん
物質
G脱落後鎖切断
ＤＮＡに障害が発生した後ＤＮＡ複製が起こるとどうなるでしょうか？
突然変異発生のしくみその一：推定してください。
まちがい探し
放射線による１本鎖切断を起こした２重螺旋DNAが複製す
る過程です。この複製の仕組は正しいでしょうか？
これが正しい
親DNA鎖が切断されると、切断から先は螺旋がほどけた時
にどこかに行ってしまう。つまり、障害の発生したDNA鎖
は複製されずDNAは死ぬのが普通なのです。
死
DNA修復の酵素達、DNA複製とは異なる
１．DNAの障害を調べる酵素(スキャン)
２．二本鎖DNAのうち一本鎖に切れ目を入れる酵素(ヌクレアーゼ)
３．一本鎖を削りとる酵素
４．一本鎖が削り取られた後を埋める酵素（DNA合成酵素）
５．一本鎖に生じた切れ目(ギャップ)をつなぐ酵素(リガーゼ)
６．DNAの障害を除かずに乗り越えて合成するDNA合成酵素
DNA障害を除いて正常DNAに戻すのが
一群の修復酵素。
切出修復
傷害の周囲を広く切取ってか
ら、埋め戻すように修復する。
最低でも数種類の酵
素がかかわる
•
•
•
•
切れ込み酵素
切出し酵素
ＤＮＡ合成酵素
接続酵素
塩基が欠落した場合、無いままDNA合成が進む場
合がある。フレームシフト変異。
フレームシフトが起こると、どんなタンパク
質ができるでしょうか。予測してください。
生命はDNA傷害を除去しようとし、結果変異が生じる。
DNA合成停止
細胞は死ぬ
アポトーシス
高レベルＤＮＡ傷害
ＤＮＡ傷害
緊急修復
DNA複製・修復酵素
中レベルＤＮＡ傷害
じっくり修復
切取り修復
細胞は生存
突然変異
発癌の可能性
細胞は生存
変異無し
低レベルＤＮＡ傷害
無理やり修復
乗越え修復
低レベルＤＮＡ傷害
細胞は生存
突然変異
超低頻度
突然変異の自然発生率は、１細胞１遺伝子あたり100000分の1程度です。
親
父
母
DNA2重螺旋
精
子
両親から同じ遺伝
子が１つづつやっ
てきて必ず対(2個)
になっている。e
一方の遺伝子に変異が生
じても、他方の遺伝子が
補完するので細胞に変化
が出ないこともある。
卵
生殖細胞
子
受精卵
成長：体細胞

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