最新の記事tsuyoshiK大学工学研究科。バイオメカニクスという生物と物理の境界領域で生きています。理科教育やリテラシー関係にも興味を持っている人間です。昔からさまざまな人たちが議論してきた大きな問いです。この問いは、生物学的な言葉を使うと、「遺伝か環境、どっちが人の成長への影響が大きいのか?」という問いに言い換えることができます。人をはじめとした生物は、遺伝子を持っています。その生物がどのような形質や能力を持つのかは、その遺伝子がどう発現するかによって決まります。遺伝子は、全く持っていない遺伝子は発現することができないですし、持っている遺伝子でも発現するものとしないものがあるということができます。鳥は飛ぶことができるのに人は飛ぶことができません。これは鳥は飛ぶために必要な遺伝子(翼を得るための遺伝子や飛行能力を制御する遺伝子など)を持つのに対し、人は持たないからと説明できます。一方で、人同士でも環境によって形質が変わることが知られています。筋肉の鍛え方によって筋肉の性質が変わることがあるでしょう。これは人の置かれた環境(トレーニングの仕方)によって遺伝子の発現が異なるようになるためです。人の性質は遺伝子によって決まっているが、環境によって発現するかどうかが変化する遺伝子もあるということができます。遺伝物質はDNAとヒストンによって構成される遺伝に関わる物質として、染色体やDNAといった言葉を聞いたことがある人は多いと思います。ここからの遺伝の話を理解しやすくするために、まずはこれらの大きさの関係を整理しておこうと思います。2011)図中の下から順に、染色体、染色体の凝集部、伸びた形の染色体、クロマチンの繊維、クロマチン、DNAを表しています。図の上に行けば行くほど、大きさが小さくなります。皆さんが良く聞くようなDNAには塩基配列があり、一つの細胞核のなかのDNAには個体の全ての遺伝情報がそこに存在しています。全ての遺伝情報というのは、筋肉を作るための遺伝子もあれば脳を作るための遺伝子もあるということです。この全ての遺伝情報の中から必要なものが選ばれて発現することによって人は形作られていくのです。どのようにして発現する遺伝子を選ぶ(=制御する)かということですが、それにはクロマチンの構造(図中の上から2・3番目)が関わっていると言われています。クロマチンとはヒストンというタンパク質にDNAが巻き付いたもののことを指します。このクロマチンの構造が変化することで、遺伝子の発現が制御されている(=ON/OFFされている)と考えられています。ここからは話のための適切な単位として、DNAとヒストンを遺伝物質を構成する単位として扱います。(CMです)遺伝物質の「修飾」が遺伝子発現を制御する「修飾」によって遺伝物質の状態が変化するヒストンやDNAといった遺伝物質は、修飾を受けることにより状態が変化することが知られています。この「修飾」とは、メチル化やアセチル化などといった化学的修飾のことです。重要なのはDNAメチル化やヒストンメチル化、ヒストンアセチル化などといった修飾の変化は塩基配列の変化を伴いません。文字通り、”飾りつけ”が変わるだけなのです。(クリスマスツリーに例えると、DNAは木で、メチル基やアセチル器はモールや電飾といった飾りつけにあたります。飾りつけを変えて見た目を変えても、木自体は変わりません。)この塩基配列の変化を伴わない遺伝子発現の変化を制御するシステムのことやそれを研究する分野のことを、エピジェネティクスと呼びます。修飾による変化が遺伝子のON/OFFスイッチする遺伝物質が修飾を受けると、その分子レベルの構造は変化します。この分子レベルの構造の変化が、遺伝子の発現をON/OFFしています。ヒストンのアセチル化の場合だと、遺伝子の発現が促進されます。ヒストン同士の間に働く電気的な反力が大きくなってクロマチン構造が開きます。それによって巻き付いていたDNAが露出し、その部分のDNAが持つ遺伝子の発現が促進されます。ヒストンアセチル化によるクロマチン構造変化(引用:MBLライフサイエンスホームページ)一方で、DNAのメチル化の場合だと、遺伝子の発現が抑制されます。メチル化されたDNA部分を読み込もうとしても、読み込む場所の構造が変化していて読み込むことができなくなるからです。DNAメチル化によるクロマチン構造変化(引用:MBLライフサイエンスホームページ)あるいは、これらの修飾が外れることによって遺伝子のスイッチがON/OFFされることもあります。遺伝物質の修飾は環境による刺激が原因では、この遺伝物質の修飾は何によって起こっているのでしょうか?その答えは「環境」です。ここで「環境」とは何を指すのでしょうか?環境といっても、地球環境などという大きなものではなく、ここでは人個人にとっての環境を指します。食べることや運動することをはじめ、ものを見ることや触ることなど、人が生活するうえで刺激を与える全てのものを「環境」と呼びます。環境から刺激を受けることによって、人間は細胞レベルでそれに適応しようとします。適応において、人間はDNAの塩基を変化させ続けているわけではないのです(もしDNAの塩基配列自体が変化しまくっていたら、人間の形質は非常に不安定になっていたでしょう)。この遺伝物質の修飾によって遺伝子のON/OFFを切り換え、環境に適応するのです。環境による遺伝子修飾の研究例どのような環境がどのような遺伝子修飾を引き起こすのかという点についての研究はまだ発展途上です。その中でも、今までの研究によって分かりつつあるものをいくつか紹介していこうと思います!幸福感と免疫細胞まずは病気や免疫についての話を見ていきましょう。古くから、「病は気から」とういうように病気と精神の関係が言われてきましたが、長い間その生物学的なメカニズムは分かってきませんでした。この研究においては、孤独を感じる人の方が炎症に関わる転写因子に応答する遺伝子が過剰に発現していることが示されています。このように、特定の環境における遺伝子発現の抑制・促進という現象は分かっているものの、発現制御のメカニズムはまだ分かっていないことが多いというのが現状です。虐待による脳部位のメチル化エピジェネティクスの研究において、虐待と脳の関係も多くの人が着目しています。虐待というのが人にとって大きな環境的ストレスであることは多くの人の同意を得られることでしょう。虐待により脳の特定の領域のDNAがメチル化が起こっているという知見が得られ始めています。虐待を受けた子どもの脳においては海馬の神経細胞がメチル化している例が報告されています(小湊ら、2015)。※ちなみに、この研究では、被虐待児の死亡時の検体から脳の切片を作成して行っています。検体が無ければ進まない研究なのは事実ですが、亡くなった命が存在するというのは痛ましいことです。このように、虐待といった行為が脳に与えるエピジェネティクな変化は分かり始めてきています。※皮肉なことに虐待というような明確にネガティブな行為は、幸福などのような抽象的なものよりも研究対象として扱いやすいのです。これらの例のように、医学的な領域において、環境がエピジェネティクスや遺伝子の発現にどう関わっているのか?という点は明らかになってき始めています。今まで、親が経験したことは子へは遺伝しない、すなわち遺伝子の修飾は遺伝しないという説が一般的でした。