遺伝形式

遺伝形式とは

遺伝形式（いでんけいしき）とは、生物の持つ多様な性質（形質）が、世代から世代へとどのように引き継がれていくかの法則性を体系的に分類したものです。特に医学分野においては、遺伝性の疾患が家族の中でどのようなパターンで発症・伝達されるかを理解するために、この概念が重要な役割を果たします。

遺伝の背景

生物の形質に関する情報は、遺伝子と呼ばれる単位でDNAの塩基配列上に記録されています。この遺伝情報が実際に体の特徴（表現型）として現れるプロセスを遺伝子発現と呼びます。

私たち人間のような有性生殖を行う生物では、ほとんどの染色体は父親と母親からそれぞれ1本ずつ受け継ぎ、計2本のペアで存在します。常染色体（性別に関わらず同じ形の染色体）では、同じ遺伝子が個体内に2つずつあることになります。一方、性別を決定する性染色体（女性はXX、男性はXY）では、男女で染色体の種類が異なり、特に男性はX染色体上の遺伝子を1つしか持ちません。

常染色体上にある遺伝子に原因がある形質の場合、対になった遺伝子のうち一つに変異があるだけで形質が現れる場合を「顕性（優性）」、二つとも変異がないと形質が現れない場合を「潜性（劣性）」と呼びます。これはメンデルの法則に則った考え方です。性染色体上の遺伝子の場合、特に男性はX染色体が1本であることから、常染色体とは異なる特有の発現パターンを示します。また、中にはメンデルの法則には従わない遺伝パターンを持つ形質も存在します。

このように、遺伝形式は、遺伝子の種類や位置、変異の数などが、実際に観察される体の特徴（表現型）としてどのように現れるかという観点から分類されるものです。病気の原因となる遺伝子（責任遺伝子）が特定されている場合は、その遺伝子の情報（遺伝子型）と実際の症状（表現型）を照らし合わせることで、正確な遺伝形式がわかります。しかし、まだ原因遺伝子が不明な場合でも、家系内で病気がどのように伝わっているかを観察し、そのパターンから遺伝形式を推測することが可能です。この推測が、責任遺伝子を特定する手がかりとなることも少なくありません。

遺伝形式を特定することの有用性

遺伝形式を明らかにすることは、いくつかの点で非常に役立ちます。

発症リスクの評価: 罹患者の同胞（兄弟姉妹）や子孫が同じ病気を発症する可能性を、遺伝形式に基づいて具体的に議論できるようになります。
原因遺伝子の探索: 遺伝形式が特定されると、疑われる遺伝子異常の種類や染色体上の位置に関する手掛かりが得られ、責任遺伝子やその具体的な変異箇所を効率的に調べることが可能になります。
患者・家族の理解促進: 遺伝の仕組みや病気の発症パターンを明確に説明することで、専門家でない患者さんやその家族が病気についてより深く理解するのを助けます。

以下の各論では、主にヒトの遺伝性疾患を例にとって説明します。ヒトの染色体は、常染色体が22対44本、性染色体が1対2本の合計46本で構成されています。

各遺伝形式

常染色体顕性遺伝（Autosomal Dominant; AD）

常染色体上の遺伝子に原因があり、対になった遺伝子のうちどちらか一方に変異があるだけで病気が発症する形式です。この場合、患者の子が同じ病気を発症する確率は、子の性別に関わらず理論上50％となります。

代表的な疾患には、思考力や運動機能が徐々に失われるハンチントン病や、歩行障害などが現れる歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症（DRPLA）、遺伝性プリオン病などがあります。これらの疾患は比較的遅い時期に発症することが多いため、患者が子孫を残す前に病気が明らかにならないことがあり、遺伝による伝達が起こり得ます。一方で、若年で発症し重症化しやすい常染色体顕性遺伝病は、遺伝によって親から子へ伝わるケースは少なく、多くは新たに生じた突然変異によって発症します。

常染色体潜性遺伝（Autosomal Recessive; AR）

常染色体上の遺伝子に原因があり、病気を発症するためには、対になった遺伝子の両方に変異があることが必要な形式です。一方の遺伝子にのみ変異がある場合、通常は病気を発症せず、「キャリアー（保因者）」と呼ばれます。

両親がともにキャリアーの場合: 正常な遺伝子と病気の原因遺伝子を一つずつ持つ両親から生まれた子は、約25％の確率で病気を発症します。約50％はキャリアーとなり、約25％は病気の遺伝子を持たない非キャリアーとなります。
両親がともに患者の場合: 病気の原因遺伝子を二つとも持つ両親から生まれた子は、例外なく全員が病気を発症します。
親の一方が患者、もう一方が正常（非キャリアー）の場合: 患者ではない方の親が全く変異を持たない場合、生まれてくる子は全員がキャリアーとなります。非常に稀ですが、正常な遺伝子に新たに突然変異が起こり発症する可能性もゼロではありません。
親の一方がキャリアー、もう一方が正常（非キャリアー）の場合: キャリアーの親と非キャリアーの親から生まれた子は、約50％の確率でキャリアーとなり、約50％が非キャリアーとなります。この場合も、非キャリアーとなるはずだった子どもの遺伝子に突然変異が起こり発症する可能性は極めて低いながら存在します。

実際に病気がどのパターンで発症するかは、疾患の種類や人種による原因遺伝子変異の頻度によって異なります。例えば、鎌状赤血球症は常染色体潜性遺伝（キャリアーにも一部症状が出ることがあり、不完全顕性とも呼ばれる）ですが、アフリカ系集団ではキャリアーの頻度が高いため、両親がキャリアーであることによる発症が多く見られます。一方、フェニルケトン尿症のような多くの先天性代謝異常症は、原因遺伝子の変異頻度が低いためキャリアーが少なく、両親がキャリアーというケースは稀で、片親がキャリアーでもう片親は遺伝子の突然変異によって発症するケースも相対的に多くなります。

伴性顕性遺伝（X-linked Dominant; XD）

X染色体上の遺伝子に原因があり、女性では2本あるX染色体のうち一方に変異があるだけで発症する形式です。男性もX染色体に変異があれば発症しますが、この遺伝形式をとる疾患の中には、変異を持つ男性が胎児期に致死的となり、生まれてくる男性患者が非常に少ない、あるいはほとんどいない場合があります。

代表的な疾患として、アルポート症候群やレット症候群、色素失調症の一部が知られています。

伴性潜性遺伝（X-linked Recessive; XR）

X染色体上の遺伝子に原因があり、女性では2本のX染色体両方に変異がある場合に発症する形式です。男性はX染色体を1本しか持たないため、その1本のX染色体に変異があるだけで発症します。この性別による発症要件の違いから、一般的に患者数は男性に比べて女性が極めて少ないという特徴があります。

父が正常、母がキャリアーの場合: 男子は母親からX染色体を受け継ぐため、約50％の確率で病気を発症します。女子は父親から正常なX染色体、母親からX染色体を受け継ぐため、約50％の確率でキャリアーとなります。
父が患者、母が正常の場合: 父親のX染色体は娘に受け継がれるため、生まれてくる女子は全員がキャリアーとなります。男子は父親からY染色体、母親から正常なX染色体を受け継ぐため、全員が病気を発症しません。
父が患者、母がキャリアーの場合: 男子は母親からX染色体を受け継ぐため、約50％の確率で病気を発症します。女子は父親から変異のあるX染色体、母親からX染色体を受け継ぐため、約50％の確率で病気を発症し、約50％の確率でキャリアーとなります。
* 父が正常、母が患者の場合: 母親は両方のX染色体に変異があるため、生まれてくる男子は全員が病気を発症します。女子は父親から正常なX染色体を受け継ぐため、全員がキャリアーとなります。

また、両親の遺伝子に変異が見られない場合でも、生殖細胞（卵子や精子）あるいは受精卵の段階でX染色体上の遺伝子に突然変異が起こり、患者として生まれるケースも少なくありません。血友病の場合、患者の3～4割は両親が遺伝子変異を持たない孤発例であるとされています。

代表的な疾患には、血液凝固因子が不足する血友病（A型、B型）や、進行性の筋力低下を特徴とする筋ジストロフィーの一部（デュシェンヌ型、ベッカー型）、そして赤緑型色覚異常などがあります。

ミトコンドリア遺伝

これはメンデルの法則に従わない遺伝形式の代表例です。ミトコンドリアは細胞内のエネルギー産生を担う小器官で、独自のDNAを持っています。受精卵のミトコンドリアはほとんどが卵子由来であり、父親の精子由来のものは基本的に引き継がれません。このため、ミトコンドリアDNAの変異による疾患は、母親から子へ母系遺伝するという特徴があります。

さらに、ミトコンドリアは一つの細胞内に数百個存在し、それぞれが複数のDNAコピーを持つため、細胞内のミトコンドリアDNAは数千コピーに及びます（多コピー性）。もし異常なミトコンドリアDNAを受け継いでも、正常なDNAを持つミトコンドリアも同時に存在することが多く（ヘテロプラスミー）、異常なミトコンドリアの割合が低い場合は症状が出ないか、軽症で済むことがあります。細胞内の異常ミトコンドリアの割合によって症状の重症度が変動するのも特徴です。

また、ミトコンドリアは活性酸素の発生が多い環境にあるため、核DNAに比べて突然変異が起こりやすいと推定されています。このため、ミトコンドリア病の中には、親から受け継がれたものではなく、新たに生じた突然変異によって発症するケースも少なくありません。

代表的な疾患群にミトコンドリア病があります。

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