ホモログ、オーソログ、パラログの定義と違い

informatics/bioinformatics/homolog
2018/10/03 更新

  1. 定義
    • ホモログ
    • オーソログ
    • パラログ

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定義

相同 homologous

ある遺伝子や形態が 共通の祖先に由来すること を「相同である homologous」といい、それぞれの遺伝子等を homolog という。いくつか教科書から定義を拾ってみる。

  • Two molecules are said to be homologous if they have been derived from a common ancestor (1).
  • Two sequences are homologous if they share a common evolutionary ancestory (2).

遺伝子の塩基配列や、タンパク質のアミノ酸配列をアラインメント alignment して計算される塩基・アミノ酸同一率 nucleotide/amino acid identity を homology ということがあるが、これは「配列が似ていれば、両者は共通祖先に由来する」という前提に基づいた用語である。

Convergent evolution であったり、塩基・アミノ酸配列が偶然に一致したりする可能性を想定すると、このような場合には homology でなく identity を使わなければならない。DNA などは基本的に 4 種類しか塩基がないわけで、ランダムな配列でもそれなりの一致率になる。

Homologous なタンパク質の例: ヘモグロビン、ミオグロビン、β-グロビンは全て共通祖先に由来する相同なタンパク質である。


Paralogous

一つの種に homolog である遺伝子が複数存在する場合、それらは paralog であるという (1)。

  • Paralogs are homologs that are present within one species (1).
  • Paralogs are homologous sequences that arose by a mechanism such as gene duplication (2).

Paralogous なタンパク質の例: ヒトの α-グロビンと β-グロビンは互いにパラロガスである。


Orthologous

複数の種に homolog が存在するとき、それらが類似または同一の機能をもっているとき、それらを ortholog という (1)。

  • Orthologs are homologs that are present within different species and have very similar or identical functions (1).
  • Orthologs are homologous sequences in different species that arose from a common ancestral gene during separation. Orthologs are presumed to have similar biological functions (2).

「類似または同一の機能をもっているとき」という限定は、以下のような場合に重要となる。つまり、例えばヒトのインスリンとヒトのインスリン様成長因子-I は paralog であり、ヒトのインスリンとマウスのインスリンは ortholog である。しかし、機能の異なるヒトのインスリンとマウスのインスリン様成長因子-I まで ortholog としてしまうと、範囲が広すぎて混乱を招く。このために、「それらが類似または同一の機能をもっているとき」という限定がかかっているのである。


Orthologous なタンパク質の例: ヒトのヘモグロビンは、マウスのヘモグロビンと互いにオーソロガスである。


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アップデート前、このページには以下のようなコメントを頂いていました。ありがとうございました。identity と homology に関する記述を変更しました。

2018/09/04 11:44 「identityを使う方が望ましい」というより、この意味でhomologyを使うのは「誤り」です。ランダム配列を並べても10%くらい一致することは珍しくありません。

2018/06/27 15:33 それぞれの例をもう少し載せてくださると理解が深まるのですが。どうもまだピンときません。お手数をおかけします。



References

  1. Amazon link: ストライヤー生化学: 使っているのは英語の 6 版ですが、日本語の 7 版を紹介しています。参考書のページ にレビューがあります。
  2. Amazon link: Pevsner 2016. Bioinformatics and Functional Genomics.