本記事は ETH Zurichとの協力により掲載されています。
永遠の若さを求める欲求に駆られ、人類は何世紀にもわたり、人がどのように老いるのかという問いに取りつかれてきた。近年の分子遺伝学的手法の進歩により、老化過程に関与する遺伝子の探索は大きく加速している。
これまではおもに、個々のモデル生物（例： C. elegans 線虫）の遺伝子に限られてきた。この線虫では、遺伝子のおよそ1％が寿命に影響しうることが明らかになった。しかし研究者らは長らく、そうした遺伝子は進化の過程で生じ、酵母からヒトに至るまで、核を保持した細胞をもつすべての生物に存在すると考えてきた。
40,000個の遺伝子を精査
ETH Zurich の研究者らとイェーナのJenAgeコンソーシアムは、3種の異なる生物のゲノムを体系的に調べ、3種すべてに存在する老化過程に関連する遺伝子、すなわち共通の祖先の遺伝子に由来する遺伝子を探索した。異なる生物に見られるこれらのいわゆるオーソログ遺伝子は、互いに近縁であり、ヒトにも存在する。
研究者らは、線虫の C. elegans、ゼブラフィッシュ、マウスの約40,000個の遺伝子を調べた。これらをスクリーニングすることで、科学者らは、若年、成熟、老年の各老化段階において、3種すべてで同一の様式で制御される遺伝子、すなわち老化の過程で発現が上昇するか低下するかする遺伝子を特定しようとした。
遺伝子活性の指標として、研究者らは、これらの動物の細胞に存在するメッセンジャーRNA（mRNA）分子の量を測定した。mRNAは遺伝子の転写産物であり、タンパク質の設計図である。特定の遺伝子のmRNAのコピーが多い場合、その遺伝子は非常に活性が高く、上方制御されている。逆に、mRNAのコピーが少ないことは活性が低いことの兆候とみなされる。本研究の統括責任著者であり、ETH Zurichのエネルギー代謝の教授であるMichael Ristow教授は、最近発表された研究についてこのように説明する。
研究者らは、これら膨大な情報から統計モデルを用いて、線虫、魚、マウスで同じ様式で制御されていた遺伝子の共通部分を明らかにした。その結果、3種が共通して有し、老化過程に有意に影響を与える遺伝子は30個しかないことが示された。
遺伝子活性を抑えると寿命が延びる
対応する遺伝子のmRNAを選択的にブロックする実験を行うことで、研究者らは線虫の老化過程に対するそれらの影響を特定した。12個のこれらの遺伝子では、ブロックすると寿命が少なくとも5％延長した。
これらの遺伝子のうち、特に影響が大きいと判明したのは、 bcat-1 遺伝子である。「この遺伝子の作用を抑制したところ、線虫の平均寿命を最大25％も有意に延長させた」とRistow氏は語る。
研究者らは、この遺伝子の作用の仕組みも解明した。すなわち、 bcat-1 遺伝子は、同名の酵素のコードを担っており、この酵素は分岐鎖アミノ酸と呼ばれるものを分解する。食品のタンパク質の構成要素として自然に存在するこれらのアミノ酸には、L-ロイシン、L-イソロイシン、L-バリンが含まれる。
研究者らが bcat-1遺伝子の活性を阻害すると、分岐鎖アミノ酸が組織に蓄積し、線虫の寿命延長につながる分子シグナル伝達カスケードが誘発された。さらに、線虫が健康を保つ期間も延長された。活力の指標として、研究者らは老化色素の蓄積、生物の移動速度、そして線虫が繁殖に成功する頻度を測定した。これらのパラメータはいずれも、科学者らが bcat-1 遺伝子の活性を阻害した際に改善した。
科学者らはまた、3種の分岐鎖アミノ酸を線虫のえさに混ぜることで寿命延長効果も得た。ただし、その効果が全般的に弱かったのは、 bcat-1 遺伝子がなお活性を保っていたためであり、そのためアミノ酸は分解され続け、寿命延長効果が十分に発現できなかった。
保存された仕組み
Ristowは、同じ仕組みがヒトにも生じていることに疑いはないと考えている。「私たちは、進化の過程で保存され、ヒトを含むすべての生物に存在する遺伝子のみを探した」と彼は語る。
今回の研究では、Ristowと、イェーナの同僚らであるLeibniz Institute on Aging、Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology、Jena University Hospital、Friedrich Schiller Universityは、ヒトへの影響を研究しないことを意図的に選んだ。しかし、後続研究はすでに計画されている。「ただし、明白な理由から、ヒトの寿命を測定することはできない」とETHの教授は語る。代わりに研究者らは、研究にコレステロールや血糖値などのさまざまな健康指標を組み込み、被験者の健康状態に関する指標を得る計画である。
医療費は大幅に削減できる可能性がある
Ristowは、複数の分岐鎖アミノ酸がすでに肝障害の治療に使用されており、スポーツ栄養製品にも添加されていると述べる。「しかし重要なのは、人々がさらに長生きすることではなく、より長く健康を保つことだ」と内科医である同氏は語る。本研究は、老化過程がどのように影響を受けうるか、また糖尿病や高血圧などの加齢に伴う疾患をどのように予防できるかについて、重要な指標をもたらすだろう。好ましくない人口動態と平均寿命の着実な増加を踏まえ、慢性疾患を特徴とするさらに高い年齢に達するのではなく、健康寿命を延ばすことが重要だと研究者らは主張する。こうした予防措置により、高齢者は生活の質を大きく高めると同時に、医療費を半分以上削減できる可能性がある。
参考文献
Mansfeld J, ほか。Branched-chain amino acid catabolism is a conserved regulator of physiological ageing. Nature Comm.、2015年12月1日オンライン公開；DOI 10.1038/ncomms10043
掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
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著者：Peter Rüegg は、ETH Zurichで生物学を専攻し、生態学、植物地理学、生物系統学に重点を置いた。現在はETH Zurichのニュース・メディア広報チームで勤務している。
画像：高齢の男性が立っている。REUTERS/Ricardo Moraes.
