遺伝形式とは

遺伝形式とは当該形質が子孫に受け渡されて性質を発現する形式のことです。常染色体優性遺伝・常染色体劣性遺伝・X関連優性遺伝・X関連劣性遺伝・ミトコンドリア遺伝・多因子遺伝に加え最新の概念である2遺伝子遺伝も説明しています。

遺伝形式とは?

遺伝形式とは当該形質が子孫に受け渡されて性質を発現する形式をいいます。

遺伝形式とは、特定の形質(文字通り形と質。生物のもつ性質や特徴。例えば肌や目の色など遺伝によって子孫に伝えられる生物の形と質)が遺伝する法則をいいます。

古典的なメンデル遺伝(常染色体優性、常染色体劣性、X染色体連鎖、ミトコンドリア遺伝)に加えて、多因子遺伝、2遺伝子遺伝があります。

メンデル遺伝

古典的なメンデル遺伝には常染色体優性、常染色体劣性、X染色体連鎖、ミトコンドリア遺伝があります。
遺伝の基本的な法則は、病気の伝播パターンを理解する上で大変重要となります。
グレゴール・メンデルは、エンドウ豆の選択された形質の遺伝子分離の異なるパターンを最初に観察し、ある形質が後の世代で再発する確率を決定することができ、これらはメンデルの法則とよばれ、大変有名なものです。このことから単一遺伝子疾患の継承パターンはしばしばメンデル遺伝と呼ばれています。
ある家族が病気にかかった場合、正確な家族歴が疾患伝達のパターンを確立するために重要になりますが、昨今の核家族化で難易度が増しています。
さらに、家族歴は、特に行動や環境が強い役割を果たす一般的な病気の場合には、遺伝性疾患を除外するのにも役立ちます。

メンデルの法則

1.分離の法則

生物の形質は一対の対立遺伝子により決定され、その因子は配偶子形成の際に分離して一つだけ入る。

2.独立の法則

2つまたはそれ以上の形質が交配により同一個体に存在するとき、お互いに関係なく独立に子孫で分離する。

3.優劣の法則

雑種第一代F1において両親の対立形質のうちどちらか片方だけが現れる。

単一遺伝子疾患

ほとんどの遺伝子は、対立遺伝子と呼ばれる突然変異や多型により、1つ以上のバージョンを持っています。
個人は、突然変異や多型の影響とその対立遺伝子の集団における頻度に応じて、「正常」対立遺伝子、「病的」または「稀な」対立遺伝子を保有している可能性があります。
単一遺伝子疾患は、通常、遺伝子の位置および疾患表現型を発現させるために遺伝子の正常コピーが1つまたは2つ必要かどうかに応じて、いくつかのパターンのうちの1つで遺伝します。

正常対立遺伝子に対する突然変異対立遺伝子の発現は、優性、優性、劣性、または劣性として特徴づけられます。
単一遺伝子疾患の基本的な遺伝様式は、常染色体優性、常染色体劣性、X連鎖陽性、X連鎖劣性、ミトコンドリアの5つとなります。

遺伝的不均一性

遺伝的不均一性は、単一遺伝子疾患と複雑な多因子性疾患の両方に共通する現象です。複数の影響を受けた家族が、異なるレベルの疾患重症度および転帰を経験することは驚くべきことではありません。このような影響は、疾患の表現型に影響を与える他の遺伝子や、同じ遺伝子の異なる突然変異が原因で、同じではないが似たような表現型になっている場合があります。
単一遺伝子疾患に関する情報源は、
Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM; www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM)
GeneTests/GeneClinics (www.genetests.org)から得ることができます。

常染色体優性遺伝

常染色体優性遺伝では、ある疾患対立遺伝子のコピーが1つあるだけで、その表現型を発現しやすくなります。
妊娠するたびに、2人に1人(50%)の確率でこの病気の対立遺伝子を受け継ぐことになります。
新たな突然変異が起こらない限り、すべての罹患者は少なくとも片方の親がこの病気の対立遺伝子を持つことになります。
常染色体優性遺伝は、親から子孫へと遺伝するため、しばしば垂直遺伝と呼ばれます。
集団全体では、罹患した男性の割合と罹患した女性の割合は等しくなければなりません。
男性から男性への伝達が観察されることがあります。
常染色体優性遺伝する疾患の例としては、筋緊張性筋ジストロフィーやハンチントン病などがあります。

常染色体優性疾患の家系図例

常染色体劣性遺伝

常染色体劣性遺伝では、ある個体が表現型を発現しやすくなるためには、疾患対立遺伝子の2つのコピーが必要となります。
典型的には、罹患した個体の両親は罹患していませんが、遺伝子キャリア(保因者)となります。
キャリアの両親の各妊娠で
4人に1人(25%)の確率で、子孫は病的対立遺伝子のコピーを2つ受け継ぐため、表現型を持つことになります。
2人に1人(50%)の確率で子孫が病的対立遺伝子の1つのコピーを継承し、キャリアになります。
4人に1人(25%)の確率で、子孫が病的対立遺伝子のコピーを持たない正常個体となります。この個体は、子孫に障害を引き継ぐリスクはありません。
常染色体優性遺伝の場合と同様に、罹患した男性の割合は、ある集団における罹患した女性の割合と同じでなければなりません。
常染色体劣性遺伝の例としては、鎌状赤血球貧血や嚢胞性線維症などがあります。

常染色体劣性疾患の多くは、同一祖先の子孫であるため、同一遺伝子の突然変異を保有している可能性が高いことから、血縁関係にある人に多く見られます。
多くの常染色体劣性疾患は、これらの個体が創始者とよばれる同じ祖先の子孫であるため、特定の民族背景を持つ個体に他の個体よりも多く見られます。
しかし、これらの共通の祖先は、一般的にこれらの個人とより遠縁であるため、同じ民族的背景を持つカップルは、一般的に血縁関係にあるカップルよりも共通の遺伝子の数が少ないことになります。

常染色体劣性疾患の家系図例

X連鎖優性遺伝

常染色体優性遺伝の場合と同様に、X染色体上の疾患対立遺伝子のコピーが1つだけあれば、X連鎖優性遺伝X-linked dominant diseaseに罹患しやすくなります。
男性でも女性でも罹患する可能性がありますが、男性はX染色体上の遺伝子のコピーを1つしか持っていないため、男性の方が重症化する可能性があります。いくつかのX-連鎖優性疾患は、男性では致死的なものもあります。
女性が罹患した場合、各妊娠は、子孫がこの病気の対立遺伝子を受け継ぐ確率が2人に1人(50%)になります。
男性が罹患した場合、すべての娘は罹患しますが、息子は罹患しません。
X連鎖優性遺伝を持つ疾患の例としては、低リン酸血症性くる病、口顔指症候群1型 、脆弱性X症候群などがあります。
X関連優性疾患の家系図例

X連鎖劣性遺伝

常染色体劣性遺伝と同様に、2本のX染色体を持つ個人(女性)がX連鎖劣性遺伝に罹患するためには、X染色体上の疾患対立遺伝子のコピーが2つ必要です。
男性はX染色体を1本しか持っていないため、X連鎖遺伝子のヘミ接合体なので、X連鎖劣性遺伝疾患対立遺伝子のコピーを1つでも持っていれば誰でも罹患します。
女性は通常キャリアですが、X染色体は2本全部働いているわけではなく、1本は不活化されており、この不活化はランダムにおこります。
有名なX連鎖劣性疾患である血友病が稀に女性に現れるのは、たまたま骨髄をつくる細胞の大元で胎生期に該当の遺伝子を含む部分が不活化されたためと考えられます。
X連鎖劣性疾患の家系図例

ミトコンドリア遺伝

ミトコンドリアは、エネルギー生産を担当しています。ミトコンドリアは、滑らかで連続的な外膜と、管状またはひだ状に配置された板状の二重膜(クリスタエ)の2つの膜から構成されています。ミトコンドリアは、実際には細胞の主要なエネルギー源です(末端電子輸送のチトクロム酵素とクエン酸サイクル、脂肪酸酸化、酸化的リン酸化の酵素のおかげで)。ミトコンドリアは、栄養素をエネルギーに変換するだけでなく、他の多くの専門的な働きをしています。

各ミトコンドリアは、DNA(ミトコンドリアDNAまたはmtDNA)でできた染色体を持っていますが、核内のよく知られた染色質とは全く異なります。ミトコンドリア染色体ははるかに小さいです。核内の染色体が棒状であるのに対し、ミトコンドリア染色体は丸い形をしています。どの細胞にもミトコンドリア染色体のコピーがたくさんあります(通常、核には1セットの染色体しかありません)。ミトコンドリアのDNAには37個の遺伝子が含まれていますが、これらはすべてミトコンドリアの正常な機能に不可欠なものです。多くの遺伝的疾患が、特定のミトコンドリア遺伝子の変化に関連しています。

ミトコンドリア遺伝とは、ミトコンドリアゲノムにコードされた形質が継承されることをいいます。
ミトコンドリアは、細胞内の正常な構造物または小器官です。ミトコンドリアは、核の外側の細胞質に位置しているため、ミトコンドリア遺伝は体細胞遺伝ともいわれます。
ミトコンドリアは、末端電子輸送のチトクロム酵素とクエン酸サイクル、脂肪酸酸化、酸化的リン酸化の酵素を内包し、エネルギー生産を担当しています。ミトコンドリアは、滑らかで連続的な外膜と、管状またはひだ状に配置された板状の二重膜で構成されています。

ミトコンドリア遺伝は母系遺伝である

ほとんどの多細胞生物では、mtDNAは母親から遺伝するので母系遺伝です。

ミトコンドリア遺伝が母系遺伝であるメカニズムには、
1.ヒトの卵子には平均20万個のmtDNA分子が含まれている
2.ヒトの精子には平均5個の分子が含まれていることが報告されている:精子のでき方についてはこちらをクリックしてご覧ください 関連記事:精子形成
3.男性生殖管内および受精卵内での精子のmtDNAの分解
4.少なくともいくつかの生物では、精子のmtDNAが卵子に入ることができないことが報告されていてヒトでもそういう機序がある可能性がある
などが考えられています。
どのようなメカニズムであれ、この片親(片親継承)パターンのmtDNA継承は、ほとんどの動物、ほとんどの植物、そして真菌にも見られます。

ミトコンドリアのボトルネック

単親遺伝で組換えがほとんどない個体は、ミュラーのラチェット、すなわち機能が失われるまでの間に有害な突然変異が蓄積されることが予想されます。
ミトコンドリアの恩恵にあずかる動物個体群は、mtDNAボトルネックとして知られている発生過程を経て、これを回避しています。
ちなみに、なぜ細胞内小器官でミトコンドリアだけがミトコンドリアゲノムと呼ばれる独自のDNAを持つのか不思議じゃないですか?実は、ミトコンドリアは太古はヒトと別の生物(好気性細菌:糖や脂質のような基質を酸化してエネルギーを得る)だったのが、ヒトに感染して寄生しているのです。好気性細菌のミトコンドリアは他の細菌と同じく宿主がいないと生きられず、また、ヒトにとってはエネルギーを産生してくれるという大変好都合な細菌だったため、普通は感染すると免疫力により排除されるのですが、ミトコンドリアとヒトはお互い一緒にいることが大きなメリットなのでラブラブでそれ以来ずっと細胞のなかで共生しているということです。
生物は細胞の中に核があるかないかで核がない原核生物、核がある真核生物です2分できます。原核生物である細菌には核がないので細胞質の中にDNAがそのままあり、を持っていますが、核のようにDNAの周りを隔てる仕切りはありません。DNAがある程度まとまって細胞の中にあり、環状の遺伝子のことが多いです。ミトコンドリアの遺伝子も環状になっていて、これがミトコンドリア寄生体説の裏付けになっています。

話を元に戻しましょう。
ボトルネックってなあに?ってことですが。
実は細胞の中のミトコンドリアは1種類ではありません。いや。ミトコンドリアとしては1種類なのですが、たとえば100人のヒトが生物種としてはヒトと分類されても一人一人は別であるように、ミトコンドリアも遺伝子レベルで分類するとそれぞれたとえばABCDEFG・・・・という風に複数の種類のミトコンドリアが細胞内にはあるのです。その割合も臓器や組織の単位でバラバラです。たとえば心臓ではABCがそれぞれ2:5:3の割合であるが、骨格筋ではCDEが7:2:1という風に。
そして、このうちたとえばAに突然変異が起こり機能不全になったとします。
ミトコンドリア病がややこしいのは、Aに機能不全がおこってもBCの正常な系統が多ければ細胞全体として機能するため別に問題はない=症状がでない、ということです。そして、受け継がれていく過程で突然Aがたとえば80%とかになってしまうとほかのBCが一生懸命働いても補いきれなくなり、ミトコンドリアがその割合を示す臓器でのみ表現型(病気)が発現する、ということです。
ミトコンドリアのボトルネック現象とは、卵子形成過程で一度ミトコンドリアの数が劇的に少なくなった後にミトコンドリアの分裂により元の数にもどる現象をいいます。真核生物はこの過程により機能異常をもつミトコンドリアを淘汰して自分の生存に都合の良いミトコンドリアを選択していると考えられています。これとは全く逆に、ボトルネックの過程をへるときに、異常なミトコンドリアが選択されてしまい、その比率が急に増えて、お母さんは正常なのにお子さんが急に発症することもあり、なかなか読めないのがミトコンドリア遺伝です。
39組の母子のmtDNAの研究からは、ほとんどの母子で、mtDNAにバリアントがあり、変異の1/8は病的ではないが病気を起こす可能性がある(likely pathogenic)バリアントでした。しかし、アミノ酸変異を起こすタイプのバリアントはボトルネックの際淘汰されるのか伝達されにくいこともわかりましたが、母体の年齢が20代にと30代とで比較するとmtDNA異常の伝達率は2−3倍になることもわかりました。そして、1/39で子供の細胞でバリアントmtDNAが急増していたと報告されています。生殖細胞におけるボトルネックはこのようにミトコンドリア遺伝に複雑性を提供しています。ボトルネックでミトコンドリアは10万以上から一気に40以下に減少する事も明らかにされています。
要するにボトルネックは細胞内のランダムなプロセスを利用して、生物の発生に伴って突然変異負荷の細胞間のばらつきを増大させ、その後、細胞レベルでの選択が作用して、より多くの突然変異mtDNAを持つ細胞を除去し、世代間での突然変異負荷の安定化または減少に寄与している可能性があるといえます。
ボトルネックの根底にあるメカニズムは議論の途上ですが、最近の数学的および実験的メタスタディーにより、細胞分裂時のmtDNAのランダムな分割と細胞内でのmtDNA分子のランダムなターンオーバーの組み合わせがボトルネック現象のメカニズムであるとの証拠が提供されています(こちらをクリックしてご覧ください)。

ミトコンドリアのヘテロプラスミー

ミトコンドリアの遺伝の理解を難しくしている原因が、ヘテロプラスミーと呼ばれる現象で、一つの細胞に正常と突然変異を持ったミトコンドリアが共存することを言います。ミトコンドリアゲノムが独立性を持つため起こる状態なのですが、一つのミトコンドリアで突然変異が起こって機能不全となっても、細胞内には多くの正常ミトコンドリアが存在して機能不全におちいったミトコンドリアの機能を代償するため異常が表に出ません。しかし、分裂しない神経細胞などでは異常ミトコンドリアの増殖が高まってしまい、割合が閾値を超えてしまうと症状が発現することとなります。

ヘテロプラスミーとは、細胞または個体内に2種類以上のmtDNAが存在することをいいます。これは、ミトコンドリア疾患の重症度を考慮する上で非常に重要な因子となります。ほとんどの真核細胞には数百のミトコンドリアがあり、ミトコンドリアDNAの数百のコピーがあるため、突然変異がおこっても一部のミトコンドリアだけに影響を与え、ほとんどのミトコンドリアは影響を受けないのが一般的なのです。
逆に、細胞の中のミトコンドリアDNAが一種類である時(正常の場合も変異の場合もある)は、ホモプラスミーと呼んでいます。

ヘテロプラスミーの程度が個々の細胞ごとに異なっていることが、患者さんの全身のいろんな部位、たとえば骨格筋、血管、神経など研究から明らかとなっています。要するにミトコンドリア異常が表現(症状として表れている)されている細胞群(器官・臓器、たとえば肝臓)では変異ミトコンドリアDNAの比率が高く、それ以外の細胞(正常に働いているようにみえる細胞)ではその比率が低いため症状として表れない(表現されない)のです。
また、低い比率の変異ミトコンドリアDNAをもっていても他の大多数のミトコンドリアが正常に機能するため当該細胞の機能自体は全く持って正常であることがも明らかにされています。変異ミトコンドリアDNAをもっていること自体が必ずしも病気になることとは同義でなく、また、たとえばミトコンドリア疾患を疑ったとしても、採取した細胞群だけで正常で実はほかの細胞群には異常があったなどということで診断自体に苦慮することにもつながっています。現在、ミトコンドリアDNA検査は、ヘテロプラスミーを調べることはできず、検査に提出された細胞群全体の平均値をみているだけといえるのです。

多因子遺伝

冠動脈疾患は世界的に有病率が増加しており、昨今の先進国における死亡原因の第一位となっていますが、この疾患は部分的には遺伝によって説明されており、家族内で発症することが知られています
Genetic susceptibility to coronary artery disease: from promise to progress Watkins et al, 2006)。

しかし、食生活などの生活習慣や環境因子も冠動脈疾患や心不全に寄与している。このように、この疾患は遺伝的要因と環境要因の両方が発症の引き金となるため、多因子遺伝を示しています。
しかし、冠動脈疾患と他の多因子疾患のちがいは何なのでしょうか?
時間の経過とともに、この疑問に対する答えがどんどんと明らかになってきています。

多因子遺伝の研究のはじまり

多因子遺伝を研究した最初の科学者は、チャールズ・ダーウィンのいとこであるフランシス・ガルトンだというとても古い話です。ですので、多因子遺伝は古くて新しい遺伝概念なのです。
同時代のグレゴール・メンデルと同様に、ガルトンは形質の継承を研究しました。
しかし、メンデルとは異なり、ガルトンは「融合」と呼ばれる特徴を観察しました(Galton, 1897)。
例えば白い花の雌と赤い花の雄を交配するとピンクの花ができることを観察し、雌雄が子孫に同等の遺伝学的寄与をする現象を観察しました。
融合(ブレンディング)とは、現在では連続的変異として知られており、身長などの表現型が一つのカテゴリーに分類されない表現のグラデーションを意味します。連続的変動を示す形質をグラフにプロットすると、表現型分布はベル型(正規分布)の曲線を形成します。したがって、ほとんどの個体は中間的な表現型を持ち、大多数の個体は平均値に集まります(Mossey, 1999)。連続的な変動を持つ形質は、量的形質とも呼ばれます。このような形質では、遺伝的・環境的要因が幅広く関与しているため、多様な遺伝子型が産生されるのです。

これに対して、多因子遺伝を持つ形質の中には、階調性がないものもあります。メンデルはこれらのいわゆる「非混合」形質を研究し、それらを明確なカテゴリーに分類しました。これらの形質は、メンデルの丸くてしわくちゃなエンドウ豆のように、ある表現型から別の表現型への突然の変化があるときに起こる不連続的な変異を示しています。ここでは、丸いエンドウとしわのあるエンドウの間に中間的な変化はなく、どちらかのカテゴリーに分類されています。不連続的な変異を示す形質のもう一つの例は、ヒトのABO血液抗原系です。

メンデル理論とガルトン理論のどちらがヒトの遺伝を正しく記述しているかをめぐって、メンデルとガルトンの研究者たちは長年議論を重ねてきました。メンデル説は、いくつかのヒトの病気や形質を正しく記述していたが、そのすべてを記述していたわけではありませんでした。同様に、ガルトニアンもすべての観察結果に適合していたわけではありませんでした。今日では、両方の理論が、様々なヒトの病気を含む様々な形質の遺伝パターンを正しく記述していることがわかっています。ある病気がメンデル型かガルトン型かという問題は当該疾患に依存しているのです。

多因子疾患の特徴とは?

多因子疾患は、明確なメンデル型や性差限定型の疾患とは区別できる特徴的な特徴の組み合わせを持っています。これらの特徴には以下のようなものがあります。

1.孤発性発症

この病気は孤発性に発症し、罹患した子供が罹患していない親から生まれてくることがあります。同じ家族内に複数の症例が存在する場合、つまり家族性がある場合がありますが、明確なメンデル遺伝のパターンはありません。

2.環境因子の影響を受ける

環境の影響は、多因子疾患のリスクを増加させたり減少させたりします。

3.性別によるリスクの高低がある

多因子疾患は、一方の性別の方が他方の性別よりも多く発症しますが、性別に限定された形質ではありません。また、発症頻度の低い性別に属する人の一親等以内の親族は、発症リスクが高いとされています(国際放射線防護委員会、2000年)。

一卵性双生児と二卵性双生児で同調率がメンデルの法則に従わない

一卵性双生児と二卵性双生児では、メンデル的な比率が矛盾しています。同調率とは、双子の両方が特定の病気にかかる率を示す比率です。(Mossey, 1999; Griffithsら, 1999)。

特定の民族で発症率が高い

この病気は、特定の民族集団(すなわち、白人、アフリカ人、アジア人、ヒスパニックなど)でより頻繁に発生します。

発症リスクを高める因子が多数存在

冠動脈疾患の例に戻ると、肥満、II型糖尿病、高血圧、低密度リポ蛋白コレステロールの高値、さらには歯周病などの発症リスクを高める因子が多数存在することがわかっています。冠動脈疾患は家族内で発症するが、メンデル遺伝パターンを示さず、孤立して発症することもあります。

冠動脈疾患は女性よりも男性に多く発症し、そのリスクは白人やアジア人よりもアフリカ系アメリカ人の方が高くなっています。これらの特徴はすべて、冠動脈疾患を多因子疾患として分類することと矛盾しません。

多因子性疾患は連続的なものなのか、それとも不連続的なものなのか?

離散的なカテゴリーに分類される形質は不連続的と呼ばれ、表現型の勾配を示すものは連続的に分類されることを思い出してください。興味深いことに、不連続的な変異に起因する疾患の中には、連続的な変異に似た複雑な表現型を示すものが多く存在します(リファレンスはこちらをクリック)。科学者たちは、これは、病気に対する感受性を発達させるための連続的な変化の基盤があるからだと提案しています。この理論によれば、病気は、ある臨界責任閾値に達した後にのみ発症し、発現するとされています。臨界責任閾値を超えると、病気の表現型はより深刻になります。対照的に、責任閾値に達していない個人は、病気を発症することはありません。したがって、個人はこの病気に罹るか罹らないかのどちらかであり、病気を発症(表現)するかどうかは不連続的な変動を示します。

責任閾値がどのように機能するかの例として、口唇口蓋裂に見ることができます。口唇口蓋裂は、口唇と口蓋の組織が融合していない状態で生まれてくる先天異常です。口唇口蓋裂とその罹患児は、障害の家族歴を持っているように見えない影響を受けていない両親を持っています。患児の両親が障害を持っていないという事実にもかかわらず、両親は口唇と口蓋形成に必要ではあるが活性は低い遺伝子を持っている可能性があります。実際、口唇口蓋裂の発生率は、罹患した子供のいる家庭で高いので、この先天異常には遺伝的な要素があると考えられています。さらに、いくつかの栄養不足と母親の喫煙は、この出生時の先天異常と関連しているので、環境要因も関与しています。個人が口唇口蓋裂を持って生まれてきた場合、この状態の原因となる要因は、責任の閾値を超えていることになります。閾値をかなり超えると、先天異常は重症度を増します。このような場合には、他の家族も罹患している可能性が高くなります。口唇口蓋裂は、このように不連続的な変動を伴う多因子疾患です。

多因子遺伝のたゆまぬ研究

ヒトでは、他にも多発性硬化症、糖尿病、喘息、癌、多数の先天性欠損症など、多因子遺伝パターンを示す疾患が多数存在します。こうした疾患はいずれも、コピー数変動、エピスタティック相互作用(エピスタティス:遺伝学において、異なる遺伝子座間の相互作用が一つの形質に影響すること)、モディファイア効果などの遺伝的要因と、様々な環境要因との複雑な相互作用に起因しています。不連続な形質変異を持つケースでは、このような多数の要因が責任の閾値を超えることもあれば超えないこともあり、病気が発生するかどうかを予測することは困難です。
これまで、複雑な疾患を研究するために、数多くの方法が開発されてきました。有望な方法の一つは、主要な複合障害の根底にある共通の遺伝的因子を同定するゲノムワイド関連研究(GWAS)の利用です。
今日、それが可能となったにもかかわらず、様々な多因子性疾患の原因と性質については、まだ多くのことが解明されていないのが現状です。

2遺伝子遺伝

常染色体劣性遺伝は同じ遺伝子の対立遺伝子が両方とも病的遺伝子になることでおこりますが、これと同じ状況が全く別の遺伝子同士で引き起こされることを2遺伝子遺伝といいます。

20 世紀初頭から遺伝学者を魅了してきたのがこの2遺伝子遺伝(DI)です。遺伝学研究の初期の数十年間では、「エピスタシス(epistatis)」(異なる遺伝子座間の相互作用が一つの形質に影響すること)という用語が一部の遺伝性遺伝のいくつかの形態を説明するために使われていました が、ここ数十年で「エピスタシス(epistasis)」は、ゲノムワイドな関連性研究によって同定された遺伝子座の相互作用を含むが、それに限定されない多遺伝子疾患におけるより広い範囲の遺伝子座-遺伝子座相互作用を説明するために使われるようになりました 。

Defris-Gussenhoven3 は 50 年以上前に、遺伝学的解析で単原性として扱われた場合には、浸透性の低下を示すヒトの病気の血統が多く存在するが、その遺伝は 2 遺伝座モデルによってより正確に説明できることを示唆した。ここでいう「浸透率の低下」とは、罹患した血縁者のすべて、あるいはほとんどすべての血縁者が、一次変異遺伝子型を持つとモデル化されているにもかかわらず、一次変異遺伝子型を持つ一人以上の親族は影響を受けていないことを意味しています。

ヒトの疾患における DI の最初の報告は、1994 年の網膜色素変性症(RP)でした 。1994 年以降、2001 年には、Bardet-Biedl 症候群(BBS)、難聴、その他の表現型におけるヒト DI の報告が目立つようになりました。

近年では以下に示すように67の疾患で2遺伝子遺伝が報告されています。

2遺伝子遺伝の疾患遺伝子/遺伝子座1遺伝子/遺伝子座2  
QT延長症候群KCNH2/7qKCNQ1/11p
QT延長症候群various LQT genesvarious LQT genes
難聴GJB2/13qGJB6/13q
難聴TECTA/11q1p
ペンドレッド症候群(難聴)SLC26A4/7qFOXI1/5q
難聴1q4q
難聴CDH23/10qATP2B2/3p
アッシャー症候群MYO7A/11q3q
アッシャー症候群CDH23/10qPCDH15/10q
アッシャー症候群PDZD7/10qGPR98/5q
バーター症候群 (先天性難聴)CLCNKA/1pCLCNKB/1p
バルデ・ビーデル症候群BBS2/16qvarious BBS loci
バルデ・ビーデル症候群BBS4/15qvarious BBS genes
バルデ・ビーデル症候群BBS1/11qvarious BBS genes
ジュベール症候群 (+線毛不全症)CEP41/7qvarious genes
レーバー先天性黒内障(+線毛不全症)CEP290/12qMKKS/BBS6/20p
短肋骨多指症候群 (線毛不全症)NEK1/4qDYNC2H1/11q
ネフローゼ症候群NPHS1/19qNPHS2/1q
低ゴナドトロピン性性機能低下症PROKR2/20pKAL1/Xp
低ゴナドトロピン性性機能低下症FGFR1/8pNSMF/9q
低ゴナドトロピン性性機能低下症FGF8-relatedFGF8-related
低ゴナドトロピン性性機能低下症候群RNF216/7pOTUD4/4q
ヒルシュスプルング病RET/10qEDNRB/13q
パーキンソン病PARK7/1pPINK1/1p
網膜色素変性症PRPH2/6pROM1/11q
若年性緑内障MYOC/1qCYP1B1/2p
ワールデンブルグ症候群/白皮症MITF/3pTYR/11q
眼皮膚白皮症 (OCA)TYR/11qOCA2/15q
接合部型表皮水疱症COL17A1/10qLAMB3/1q
線維素原異常血症 (凝結遅延)FGA/4qFGG/4q
多発性嚢胞腎PKD1/16pPKD2/4q
全前脳胞症SHH/7qTGIF1/18p
家族性高コレステロール血症LDLR/19p13q
シスチン尿症SLC3A1/2pSLC7A9/19q
高インスリン血症PPARG/3pPPP1R3A/7q
高コラン酸血症TJP2/9qBAAT/9q
褐色細胞腫TMEM127/2q16p
家族性滲出性硝子体網膜症FZD4/11qF5/1q
第Ⅷ因子性血栓5q11q
PMP22関連神経症PMP22/17pvarious genes
シャルコ・マリー・ツース病 (非PMP22)MFN2/1pGDAP1/8q
エメリー・ドレイフス型筋ジストロフィーLMNA/1qEMD/Xq
ポルフィリン症 (急性)various genesHFE/6p
ポルフィリン症 (急性)UROD/1pHMBS/11q
ポルフィリン症 (急性)CPOX/3qALAD/9q
て ん か ん熱 性 け い れ ん プ ラ ス1q18q
ヘモクロマトーシスHFE/6pHAMP/19q
進行性外眼筋麻痺C10orf2/10qPOLG/15q
て ん か ん熱 性 け い れ ん プ ラ スSCN1A/2qSCN2A/2q
光感受性てんかん7q16p
裂手/裂足症1q6q
イミノグリシン尿症SLC36A2/5qSLC6A20/3p
円錐角膜1p8q
肢帯型筋ジストロフィーSGCB/4qSGCD/5q
ウルリヒ型先天性筋ジストロフィーCOL6A1/21qCOL6A2/21q
弾性線維性仮性黄色腫ABCC6/16pGGCX/2p
遺伝性運動神経症DSCL2/11q16p
口唇裂1q2p
フックス角膜内皮ジストロフィーZEB1/10p9p
遺伝性前眼部形成異常PITX2/4qFOXC1/6p
大腸がんMUTYH/1pOGG1/3p
ローター症候群 (高ビリルビン血症)SLCO1B1/12pSLCO1B3/12p
デント病CLCN5/XpOCRL/Xq
顔面肩甲上腕型筋ジストロフィーDUX4/4qSMCHD1/18p
単純型表皮水疱症KRT5/12qKRT14/17q
悪性黒色腫易罹患性CDKN2A/9pMC1R/16q
寡毛症 (非症候性)CDH3/16q12q

この記事の著者:仲田洋美医師
医籍登録番号 第371210号
日本内科学会 総合内科専門医 第7900号
日本臨床腫瘍学会 がん薬物療法専門医 第1000001号
臨床遺伝専門医制度委員会認定 臨床遺伝専門医 第755号