中嶋悟
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CDSとORFの基本を知ろう—違いを理解する第一歩
CDSとORFは遺伝子の設計図を読み解くときによく出てくる専門用語です。
CDSとはCoding DNA Sequence の略で、実際にタンパク質を作る設計が書かれている部分を指します。
一方の ORF は Open Reading Frame の略で、読み始めて読み終えることができる連続した配列のことを意味します。
学校の授業で覚えるときには、CDSはタンパク質を作るための本棚の本の中身、ORFはその本の読み始め・読み終えの枠組みというようにたとえ話で覚えると理解が進みやすいです。
違いの要点は次の3つです。1) CDSは実際に翻訳されるべき配列を示しますが、ORFは必ずしも実際に翻訳されるとは限りません。2) ORFは読み枠の概念であり、開始点と終点の組み合わせ次第で複数のORFが見つかる可能性があります。3) 真のCDSはエクソンだけの連結で構成されることが多く、イントロンは除外された後の配列がCDSとして扱われることが多いです。
この違いを押さえると遺伝子の注釈やデータベースの情報を読んだときに混乱しにくくなります。
例えば、ある領域が ORFとして予測されているがCDSとしては注釈されていないケースでは、実験的にタンパク質に翻訳されるかどうかを確かめる必要があります。
反対に CDS がいくつかの異なるORFに対応している場合、転写産物の変異やスプライシングの違いで別のタンパク質が作られる可能性があるのです。
この理解があればデータベースの注釈を読み解く力がつきます。
注釈は地域差やデータベースの更新で変わることがあるので、最新情報を確認する習慣をつけましょう。
CDSとORFが生物学でどう使われるのか
生物のゲノムを解析するとき、研究者はまずどの部分がタンパク質を作る指示を持っているのかを探します。
このとき重要なのがCDSの長さと位置、そしてその周辺のエクソンの配置です。
多くの生物では、CDSは転写後の mRNA の中の、実際に翻訳される部分だけを表します。
その周りには5\'非翻訳領域 5\'UTR や3\'非翻訳領域 3\'UTR があり、翻訳の調整や安定性に関与します。
一方、ORFはここからここまでが読み枠として機能する可能性があるという想定の領域です。
例えば遺伝子のスキャン解析をすると、長い連続配列が見つかることがあります。このとき、統計的に意味のある長さのORFはタンパク質へと翻訳される可能性が高いと判断されます。
しかし全てのORFが実際にタンパク質として作られるわけではなく、転写産物の組み合わせや細胞内の条件で翻訳が起こらないこともあります。
- CDSは通常、エクソン連結後の連続配列です。
- ORFは読み枠の集合であり、複数のORFが同じ領域に存在することがあります。
- 実験的検証はCDS・ORFの両方を理解する際に重要です。
この理解があればデータベースの注釈を読み解く力がつきます。
注釈は地域差やデータベースの更新で変わることがあります。
そのため、論文を読むときにはその注釈がどのデータベースに基づくものか、どの転写産物を対象にしているのかを確認しましょう。
具体例と実務における扱い
ゲノムアノテーションの現場では、CDSとORFの区別が重要です。
研究者はまず長さ、開始位置、終止コドンの有無、周囲の配列パターンを評価します。
エクソンとイントロンの構造を考慮して、CDSがどの転写産物に対応するのかを決め、どのORFが実際に翻訳に乗る可能性が高いのかを判断します。
この過程で、転写産物の異なるアイソフォームが生まれるケースも多く、同じ遺伝子でも複数のCDSが存在することがあります。
実務ではこのような表現を読み解く訓練が必要です。
データベースの注釈が更新されると、CDSとORFの定義が微妙に変わることがあります。
そのため、論文を読むときにはどのデータベースに基づく注釈か、どの転写産物を対象にしているのかを確認しましょう。
具体例と実務における扱いの補足
実際の研究現場では、ある遺伝子のCDSが短いサブ領域として注釈され、別の研究では同じ領域が別の転写産物のCDSとして扱われることもあります。
このような差は研究目的や技術レベルの違い、またはデータベースの更新頻度の違いから生じます。
初心者の方は、まずCDSとORFの基本的な違いを覚え、次にその遺伝子が対象とする生物種のアノテーション方針を確認するのが良いスタートです。
友達と理科の話をしていたとき、ORFとCDSの違いについての質問が出ました。私はノートの遺伝子図を指しながら、CDSはタンパク質を作る指示が入っている設計図の部分、ORFは読み始めと読み終える場所が決まっている読み枠のことだと説明しました。私たちは例として、ある遺伝子の長さが長いと多くのORFが見つかるが、すべてが翻訳されるわけではない、という現象を話し合い、翻訳の条件や細胞の環境で決まることを話題にしました。
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