老化の原因はミトコンドリアにあり!?ミトコンドリアの品質管理が様々な疾患を予防し、寿命を伸ばすかもしれない!

細胞内でエネルギーを生み出す役割をになっているミトコンドリア。ミトコンドリアは細胞内の他の構造体と異なり、独自の遺伝子をもっています。様々な要因によりミトコンドリアの遺伝子は傷つきますが、傷ついた遺伝子をもつミトコンドリアの数が増えると老化に影響を与えたり、アルツハイマー病やパーキンソン病になると言われています。いかにミトコンドリアの品質管理をするのか?それが老化を遅くする鍵かもしれません。

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ミトコンドリア遺伝子の変異

カルフォルニア工科大学とカルフォルニア大学ロサンジェルス校の共同研究チームは、老化に伴う細胞の障害を取り除く新しい手法に関して研究を行っている。

彼らがターゲットにしているのは、細胞内に存在するミトコンドリアという構造体である。

ミトコンドリアは一つの細胞に100から1000程存在しており、細胞の中でエネルギーを生み出す機能を担っている。

ミトコンドリアは他の構造体と異なり、独自の遺伝子をもっており、その遺伝子はmtDNA(ミトコンドリアDNA)と呼ばれている。

mtDNAもゲノムと同じく様々な要因によって損傷し、変異することがあるが、ゲノムにおける変異の修復機構と異なり、mtDNAの修復は限定的だ。

そのため、一つの細胞の中に正常な遺伝子をもったミトコンドリアと変異した遺伝子をもったミトコンドリアが混在することになる。

もし細胞内に変異した遺伝子をもつミトコンドリアが多くなり、細胞全体のエネルギーの要求を満たせなくなると、その細胞は機能しなくなるか、死んでしまう。

このmtDNAの変異の蓄積は老化やアルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性疾患と関連があると言われている。

ミバエを用いた実験

そこで研究チームは遺伝子操作したミバエを用い、実験を行った。

ミバエは動物界の中でも空を飛ぶために筋肉におけるエネルギー消費量が多い生物であり、ミトコンドリアで産生されるエネルギーの75%は空を飛ぶために消費されると言われている。

またミバエは寿命のサイクルが早く、遺伝子としてもヒトの病気に関わる遺伝子の類似遺伝子をもっており、ヒトの遺伝子に関わる病気の解明によく使われる重要なモデル生物である。

先に述べたようにmtDNAの修復はゲノムの修復とは異なり、かなり限定的で、あまり修復されることはない。

しかし細胞はmitophagyと呼ばれる機能不全になったミトコンドリアを分解・除去する機構をもっており、細胞全体の機能を一定に保っている。

現在のところ、細胞が変異した遺伝子をもつミトコンドリアをどのように区別しているのか分かっていない。

劇的な改善結果

研究チームはmitophagyに関連する遺伝子やパーキンソン病に関連するいくつかの遺伝子を強制的に活性化して実験を行った。

その結果、ミバエの筋肉細胞において、異常な遺伝子をもつミトコンドリアが劇的に減少した。

その一例としては、機能不全になったミトコンドリアを除去する役割のあるparkinという遺伝子(この遺伝子が変異するとパーキンソン病を引き起こす)を活性化すると、変異した遺伝子の量は76%から5%になった。

この結果はmtDNAの品質管理をするシステムが細胞内に存在しており、さらにはそのシステムを制御できる可能性を示唆している。

今後は脳や筋肉などで異常なmtDNAを取り除くシステムを活性化するような薬剤を探索・開発し、様々な疾患に役立てたいと研究チームは述べている。

今年のノーベル医学・生理学賞は東京工業大学の大隅良典名誉教授が、細胞内でタンパク質をリサイクルするシステム「autophagy(オートファジー)」を発見したことにより受賞されました。実は今回紹介したmitophagyはautophagyの一種で、ミトコンドリアを分解する機構の一つなのです。

現在、autophagyの基礎研究から薬剤を開発し、今回のように老化を食い止めたり、アルツハイマー病やパーキンソン病の治療に役立てようという研究が進められています。現在、世界的に高齢化社会となり、このような研究の重要性は増していることでしょう。

大隅教授はノーベル賞の受賞が決定した時にあるコメントを発しています。それは現在の社会があまりに「役に立つ」研究に注目しすぎており、基礎科学に専念できない状況を作り出しているのではないかということです。

まだまだ世界中には謎がいっぱいあり、短期的には役に立たないような研究もあることでしょう。ですが、もしかしたら100年後や200年後にものすごく役に立つ発見だったということもあるかもしれません。実際にこれまでにもそのようなことがありました。

現在、研究業界は世界でも短期的な成果が求められる状況になっていますが、もし日本が短期的な成果だけではなく、全く役に立たないような研究も受け入れることができるようになれば、研究の幅が広がり、世界的な競争力が向上するのではないか、そしてそうなってほしいと願っています。

カルフォルニア工科大学の元記事はこちら(Turning Back the Aging Clock)

カルフォルニア大学ロサンジェルス校の元記事はこちら(New methods to combat cell damage that accumulates with age. Mitochondrial DNA discoveries by UCLA and Caltech scientists may help to prevent or delay onset of age-related diseases)

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