点突然変異

点突然変異（1塩基置換）

点突然変異とは、生物の遺伝情報を担うDNAやRNA分子において、その鎖を構成する塩基（アデニン A、グアニン G、シトシン C、チミン T またはウラシル U）のうち、ただ一つだけが別の塩基へと置き換わるタイプの突然変異を指します。これは遺伝子の設計図にごく小さな変更が生じる現象であり、生命活動に様々な影響を及ぼす可能性があります。遺伝子そのものだけでなく、遺伝子の発現を制御する領域など、DNA上のあらゆる場所に発生し得ます。

塩基の種類に基づく分類

点突然変異は、置き換わる塩基の種類によって二つに大別されます。

トランジション変異: プリン塩基（アデニン A、グアニン G）が別のプリン塩基に変わる（A⇔G）、あるいはピリミジン塩基（シトシン C、チミン T、ウラシル U）が別のピリミジン塩基に変わる（C⇔T/U）変異です。同じタイプの塩基内での置換となります。このタイプの変異は、次に述べるトランスバージョン変異に比べて発生頻度が高い傾向があります。
トランスバージョン変異: プリン塩基がピリミジン塩基に、またはピリミジン塩基がプリン塩基に変わる変異です（A/G ⇔ C/T/U）。異なるタイプの塩基間での置換となります。

機能への影響に基づく分類

点突然変異が遺伝子のコード領域（タンパク質のアミノ酸配列を指定する部分）に発生した場合、それがタンパク質の機能にどのような影響を与えるかによって、主に三つのタイプに分類されます。

ナンセンス変異: アミノ酸をコードしていたコドン（塩基3つの組み合わせ）が、タンパク質合成を停止させる終止コドンに変化する変異です。この変異が生じると、設計された長さよりもはるかに短い、多くの場合機能を持たないタンパク質が合成され、その後の翻訳プロセスが途中で打ち切られてしまいます。
ミスセンス変異: 元のアミノ酸とは異なる種類のアミノ酸を指定するコドンに変化する変異です。置き換わったアミノ酸がタンパク質の立体構造や機能に大きな影響を与える場合もあれば、ほとんど影響を与えない場合もあります。例えば、ヒトのベータグロビン遺伝子において、正常なタンパク質では親水性であるグルタミン酸を指定するコドンGAGが、ミスセンス変異により疎水性のバリンを指定するコドンGTGに変化すると、ヘモグロビン分子の性質が変わり、鎌状赤血球貧血症という遺伝病を引き起こします。これは、たった一つの塩基変化が重篤な疾患の原因となる代表的な例です。
* サイレント変異（同義置換）: コドンが変化しても、指定されるアミノ酸の種類が変わらない変異です。これは、多くのアミノ酸が複数の異なるコドンによって指定される（コドンの縮重）ために起こります。アミノ酸配列自体に変化がないため、一般的にはタンパク質の機能に影響は与えません。しかし、例外的にタンパク質合成の速度やmRNAの安定性などに影響を与える可能性も指摘されています。

点突然変異の発生原因

点突然変異は、細胞が分裂する際にDNAを複製する過程で、塩基の誤りが生じることによって自然に発生することがあります。これはごく低い頻度で起こる現象ですが、環境中の特定の要因（変異原）に曝露されることで、その発生頻度が著しく増加します。

変異原には様々な種類があります。物理的な変異原としては、紫外線やX線といった放射線、あるいは極端な高温などがあります。これらのエネルギーによってDNA分子に損傷が生じ、複製時のエラーを引き起こしやすくなります。化学的な変異原としては、マスタードガスのようにDNA塩基と反応して性質を変えたり、DNAの正常な構造（二重らせん構造）を妨げたりする分子が存在します。

特に、がんの発生に関連する変異原は、がんの予防や治療法を研究する上で重要な研究対象となっています。多くの発がん物質は、DNAに損傷を与え、点突然変異を含む様々な種類の突然変異を引き起こすことが知られています。

コード領域外での影響

点突然変異は、タンパク質のアミノ酸配列を指定するコード領域だけでなく、遺伝子の周囲に存在する非翻訳領域にも発生します。こうした領域での変異は、必ずしも直接的なタンパク質構造の変化をもたらすわけではありませんが、遺伝子の機能に影響を与えることがあります。

例えば、遺伝子の発現を調節するプロモーター領域に点突然変異が生じると、その遺伝子がRNAに転写される量が増加したり減少したりする可能性があります。また、遺伝子内のイントロン（アミノ酸を指定しない領域）とエクソン（アミノ酸を指定する領域）の境界にあるスプライシング部位に点突然変異が起こると、転写されたRNAが成熟する過程（スプライシング）が正常に行われなくなり、最終的に合成されるタンパク質が異常になることもあります。

点突然変異は、遺伝子の機能を変化させる最も基本的なメカニズムの一つであり、生物の多様性や進化、そして病気（特に遺伝性疾患やがん）の発生に深く関わっています。DNA修復機構によって修復されることもありますが、修復されずに細胞に受け継がれることで、次世代に伝えられたり、個体の一部の細胞で機能変化を引き起こしたりします。その研究は、遺伝学や医学の重要な分野となっています。

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