1塩基変異ラボPoint Mutation Lab

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. DNAの塩基が1つ置き換わると、タンパク質のアミノ酸は必ず1つ変わると思いますか。If one DNA base is replaced by another, do you think one amino acid in the protein always changes?💡 1つのアミノ酸を指定するコドンが、1種類だけとは限らないことを思い出しましょう。Remember that an amino acid is not always specified by just one codon.
2. 1塩基の「置換」と、1塩基の「挿入」や「欠失」では、どちらのほうがタンパク質を大きく変えると思いますか。Which do you think changes a protein more: substituting one base, or inserting or deleting one base?💡 mRNAは3塩基ずつ区切って読まれます。1塩基増えたり減ったりすると、その後ろの区切りはどうなるでしょうか。mRNA is read in groups of three bases. What happens to the groups after a point where one base is added or removed?

2動かしてみようTry it

1. ページを開くと野生型→変異型の順に自動再生される。野生型でRNAポリメラーゼがDNA上を左→右に動いてmRNA(TはU)が伸び、リボソームがコドンを3塩基ずつ読んでアミノ酸がつながる様子を見る(「リセット」後は「転写を実行」→「翻訳を実行」で同じ流れを再生できる)。When the page opens it auto-plays the wild type and then the mutant. In the wild type, watch RNA polymerase move left to right along the DNA as the mRNA (T becomes U) grows, then the ribosome read 3 bases (one codon) at a time as amino acids are linked. (After "Reset", replay the same flow with "Transcribe" → "Translate".)
2. 「例を試す」の「サイレント例」と「ミスセンス例」を順に押し、「判定（自動分類）」の説明と「野生型と変異型の比較」のmRNA・タンパク質の並びを比べる。Under "Try an example", press "Silent" and then "Missense", and compare the explanation under "Result (automatic classification)" with the mRNA and protein lines in "Wild type vs. mutant".
3. 「ナンセンス例」(9番目の塩基 C→A)を押してから「変異型で再生」を押し、リボソームが停止する位置とポリペプチドの長さを見る。Press "Nonsense" (base #9, C→A), then "Play mutant", and watch where the ribosome stops and how long the polypeptide is.
4. 「フレームシフト例」(10番目に T を挿入)を押して「変異型で再生」で再生し、コドンの区切り線と桃色の帯を確認する。次に「1塩基欠失」を押して「変異位置」スライダーを 10 のままにし、比較表示を見る。Press "Frameshift" (insert T at base #10) and "Play mutant", and check the codon boundary lines and the pink band. Then press "Deletion", keep the "Mutation position" slider at 10, and look at the comparison.
5. 「置換」を選び、「変異位置」スライダーで位置を自由に変え、置換後の塩基(A/T/G/C)を選んで、どの位置・塩基でサイレントやナンセンスになるかを探す。Choose "Substitution", move the "Mutation position" slider, pick a new base (A/T/G/C), and search for positions and bases that give a silent or a nonsense result.

3確かめようCheck

1. 「サイレント例」では、どのコドンがどう変わり、アミノ酸はどうなりましたか。In the "Silent" example, which codon changed, how, and what happened to the amino acid?→ 2番目のコドンがGCC→GCAに変わったが、どちらもAla(アラニン)を指定するので、アミノ酸配列は変わらなかった(コドンの縮重)。Codon 2 changed from GCC to GCA, but both code for Ala (alanine), so the amino acid sequence did not change (the genetic code is redundant).
2. 「ナンセンス例」では、ポリペプチドは何個のアミノ酸になりましたか。野生型と比べよう。In the "Nonsense" example, how many amino acids did the polypeptide have? Compare it with the wild type.→ 3番目のコドンがUAC(Tyr)→UAA(終止コドン)に変わり、リボソームがそこで停止したため、Met-Alaの2個だけになった(野生型は9個)。Codon 3 changed from UAC (Tyr) to UAA (a stop codon), so the ribosome stopped there and the chain was only Met-Ala, 2 amino acids (wild type: 9).
3. 「フレームシフト例」では、何番目のコドンからアミノ酸配列が変わりましたか。その後どうなりましたか。In the "Frameshift" example, from which codon did the amino acid sequence change, and what happened after that?→ 挿入した位置(10番目)を含む4番目のコドンから後ろの区切りがすべて1塩基ずれ、4番目がUAA(終止)になったため、Met-Ala-Tyrの3個で翻訳が止まった。From codon 4 (which contains the insertion at base #10), every codon boundary shifted by one base, and codon 4 became UAA (stop), so translation ended at Met-Ala-Tyr, only 3 amino acids.
4. 10番目の塩基を「1塩基欠失」にすると、アミノ酸配列と終止コドンはどうなりましたか。When you chose "Deletion" at base #10, what happened to the amino acid sequence and the stop codon?→ 4番目以降のアミノ酸がLys-Trp-Leu-Glu-Phe-GlyからSer-Gly-Trp-Asn-Ser-Valへと一括して6個変わり、ずれた読み枠では終止コドンが現れず配列の末端まで翻訳が続いた。From codon 4 on, all six amino acids changed at once, from Lys-Trp-Leu-Glu-Phe-Gly to Ser-Gly-Trp-Asn-Ser-Val, and no stop codon appeared in the shifted frame, so translation continued to the end of the sequence.

4考えようThink further

1. 同じ1塩基の変化でも、置換より挿入・欠失のほうがタンパク質への影響が大きくなりやすいのはなぜですか。Why does a one-base insertion or deletion usually affect the protein more than a one-base substitution?→ mRNAは開始コドンから3塩基ずつ区切って読まれるため、挿入・欠失があるとそこから後ろのコドンの区切り(読み枠)がすべてずれ、下流のアミノ酸が一括して変わったり、途中で終止コドンが現れたりする。置換は1つのコドンしか変えないので、変化は多くても1アミノ酸(または終止)にとどまる。mRNA is read three bases at a time from the start codon, so an insertion or deletion shifts every codon boundary (the reading frame) after it; all downstream amino acids can change and a stop codon may appear early. A substitution changes only one codon, so at most one amino acid changes (or a stop appears).
2. コドンの3番目の塩基を置換したときにサイレント変異が起こりやすいのはなぜか、コドン表を使って説明しよう。Using the codon table, explain why substitutions at the third base of a codon are often silent.→ 多くのアミノ酸は、1・2番目の塩基が同じで3番目だけが異なる複数のコドン(例:GCU・GCC・GCA・GCGはすべてAla)で指定されるため、3番目の塩基が変わっても同じアミノ酸になることが多い。シミュレーションでも6番目の塩基(2番目のコドンの3番目)のC→Aはサイレントだった。Many amino acids are coded by several codons that share the first two bases and differ only in the third (for example GCU, GCC, GCA and GCG all code for Ala), so changing the third base often gives the same amino acid. In the simulation, C→A at base #6 (the third base of codon 2) was silent.

よくある誤解Common misconceptions

• 「DNAが1塩基変わればタンパク質は必ず変わる」という誤解。コドンの縮重によりアミノ酸が変わらないサイレント変異もある。Misconception: "If one DNA base changes, the protein always changes." Because of codon redundancy, some mutations are silent and do not change the amino acid.
• 「1塩基の挿入・欠失は1塩基分だから影響も小さい」という誤解。読み枠がずれるため、下流のアミノ酸がまとめて変わることが多い。Misconception: "Inserting or deleting just one base has only a small effect." It shifts the reading frame, so many downstream amino acids usually change.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)