冬眠を行う動物は驚くべき抵抗力を持っています。 彼らは数ヶ月間も食べ物や水がなくても過ごすことができ、筋肉が萎縮することなく、体温がほぼ凍るほど下がり、代謝や脳の活動がスローダウンします。 目覚めた後、彼らは2型糖尿病、アルツハイマー病、そして脳卒中に似た危険な健康変化から回復します。
新しい遺伝子研究は、冬眠動物の超能力が私たちのDNAの中にも隠されている可能性を示唆しており、それを解明する手がかりを提供しています。 これにより、将来的には神経変性や糖尿病を逆転させる治療法の開発につながる可能性があります。
この研究の結果は、2023年7月31日木曜日に『Science』というジャーナルに発表されました。
## 代謝と肥満の遺伝学
クマの他にも、冬眠を行う動物にはコウモリ、ヘビ、マーマレード、キツネザル、カメ、ミツバチなどが含まれます。
研究者たちは「脂肪量および肥満（FTO）遺伝子座」と呼ばれる遺伝子クラスターが冬眠動物の能力に重要な役割を果たしていることを発見しました。 興味深いことに、ヒトにもこれらの遺伝子があります。 「この領域が際立っているのは、ヒトの肥満にとって最も強力な遺伝的リスク因子である」というのは、ユタ大学医療センターの神経生物学、解剖学および人間遺伝学の教授であるクリス・グレッグの言葉です。 しかし、冬眠動物はFTO座の遺伝子を新しい方法で利用できるようです。
チームは、FTO座の近くにある冬眠動物特有のDNA領域を特定し、近隣の遺伝子の活動を調整することができることを示しました。 これにより、冬眠の前に体重を増やし、冬眠中にその脂肪蓄積をエネルギーとしてゆっくり使用することが可能になっています。
実際に、FTO座の外にある冬眠動物特有の調整領域は、代謝を調整するのに重要であることがわかりました。 研究者たちは、これらの冬眠動物特有の領域をマウスに変異させると、マウスの体重や代謝に変化が見られたと述べています。 一部の変異は特定の食事条件下での体重増加を加速または遅延させ、他の変異は冬眠に似た状態からの体温の回復能力に影響を与えたり、全体的な代謝率を上下させたりしました。
興味深いことに、研究者たちが特定した冬眠動物特有のDNA領域は遺伝子そのものではありませんでした。 それらは、近隣の遺伝子との接触を持ち、それらの発現を上げたり下げたりするDNA配列であり、オーケストラの指揮者のように多くの音楽家のボリュームを微調整しているのです。 一つの冬眠動物特有の領域を変異させることで、FTO座を超えて広範囲にわたる影響が及ぶことが説明されています。 研究者のスーザン・スタインワンドは、「これらの要素の一つをノックアウトすると、何百もの遺伝子の活動が変わる。 本当に驚くべきことだ」と述べています。
冬眠動物の代謝柔軟性を理解することは、ヒトの代謝障害、特に2型糖尿病の治療法を向上させる可能性があります。 「もし私たちも冬眠動物のように自分の遺伝子を調節できれば、2型糖尿病を克服できるかもしれません」と、ユタ大学医療センターのバイオインフォマティシャンであるエリオット・フェリスは述べています。
## 冬眠に関連する遺伝子の解明
冬眠を可能にする遺伝子領域を見つけることは、膨大なDNAの中から針を見つけるようなものです。 研究者たちは、複数の独立した全ゲノム技術を使用して、冬眠に関連する領域を特定することに取り組みました。 そして、それぞれの技術の結果間の重複を探しました。
まず、ほとんどの哺乳動物が共通して持つDNA配列を探し、冬眠動物で最近急速に変化したものに注目しました。 「ある領域が100百万年以上の間、種ごとにあまり変化せずに保たれていたが、2つの冬眠動物において急速に大きな変化が見られた場合、それは冬眠に対して重要であると考えます」とフェリスは言います。
冬眠の根底にある生物学的プロセスを理解するために、研究者たちはマウスの絶食により代謝が冬眠に似た状態に変化する遺伝子を特定しました。 次に、絶食によって引き起こされる遺伝子活性の変更の中心的なコーディネーターとなる遺伝子、いわゆる「ハブ」を見つけました。
冬眠動物で最近変化が見られたDNA領域の多くは、これらのハブ遺伝子と相互作用するようでした。 このことから、冬眠の進化にはハブ遺伝子の制御に特定の変化が必要であると考えています。 こうした制御は、将来的に研究する価値のあるDNA要素の短listを構成しています。
## 人間の潜在能力を目覚めさせる
冬眠動物に関連する遺伝子の多くは、特定のDNAピースの機能を「破る」ことを伴うものであり、新しい機能を付与するものではないことがわかりました。 これは、冬眠動物が代謝を制御する上で極端な柔軟性を持つのを妨げる制約を失っている可能性があることを示唆しています。 言い換えれば、人間の「サーモスタット」は連続的なエネルギー消費の狭い範囲にロックされているかもしれませんが、冬眠動物にはそのロックが解除されているのかもしれません。
冬眠動物は神経変性を逆転させ、筋肉の萎縮を回避し、大規模な体重の変動にもかかわらず健康を保ち、老化や長寿の改善を示します。 研究者たちは、これらの発見は、ヒトが既に同様の冬眠動物の超能力を持つ遺伝子コードを持っている可能性があることを示していると考えています。 それを解明することができれば、ヒトに似た抵抗力を授けることができるやもしれません。
「ヒトは既に遺伝的な枠組みを持っている」とスタインワンドは言います。 「私たちはただ、これらの冬眠動物の特性を制御するスイッチを特定する必要があります。」 これを理解することで、研究者たちは加齢に伴う病気に対する介入策を見つける助けになるかもしれません。
グレッグは、「冬眠に関連するメカニズムを理解することによって、加齢に影響する病気に対する介入戦略を見つける機会があるかもしれない」と述べています。 「もしそれが私たちがすでに持っているゲノムの中に隠されているなら、冬眠者から学ぶことで私たち自身の健康を改善する手助けができるかもしれません。」
バナー画像には、ラッセン火山国立公園で子供たちと一緒にいる黒熊の母親が写されています。 写真提供：ジェイク・エドワーズ、国立公園局。
この研究の詳細は、『Science』に「冬眠に関連する保存非コーディングシス要素はマウスにおける代謝および行動適応を調節する」と「冬眠する哺乳類のゲノム的収束が視床下部における代謝調節の遺伝学を明らかにする」として発表されています。 研究は、国立衛生研究所（NIH）の支援を受けており、特に老化に関する国立研究所、メンタルヘルスに関する国立研究所、国立医学図書館が含まれます。 内容は著者の責任であり、NIHの公式見解を必ずしも反映するものではありません。
画像の出所：attheu