今世界中から注目を浴びている研究者がいます。
生物学の発展への貢献に対し数々の賞を贈られてきた大隅さんが今年新たに受賞したのがカナダのガードナー国際賞です。
ガードナー国際賞といえばｉＰＳ細胞の山中伸弥さんも受賞。
ノーベル賞の登竜門ともいわれる権威ある賞なんです。
大隅さんがどんな研究で注目を集めているかというと…。
オートファジーの仕組みの解明。
オートファジー？なじみのない言葉ですよね。
でもこれ私たちが生きる上で欠かせない働きなんです。
この細胞に注目。
赤い部分が緑に変わった！実は細胞の中にあるものを膜で包み込んで分解しているんです。
これがオートファジー。
オートファジーに問題が起きるとパーキンソン病などの病気につながる事も分かってきました。
私たちの生命に欠かせない細胞のリサイクルオートファジーに迫ります！今日の部屋は細胞の中のイメージですか？かわいいですね。
かわいいですね。
そして今日のテーマは「オートファジー」？聞いた事あります？聞いた事ないんですけど。
ファジーって曖昧とかそういう意味でしたっけ？あれはですね「Ｆｕｚｚｙ」。
これは英語で確かに曖昧っていう意味なんですよ。
でもね今日のオートファジーはこれとは違うんです。
今日の方はほら。
スペリングが全然違うでしょ？本当だ全然違う単語でしたね。
これねギリシャ語から来ていて…えっ「自分を食べる」。
どういう事ですか？ちょっと分かりにくいですよね。
順を追って説明しましょう。
まずは細胞の中で何が起きているかを見てみましょう。
細胞の中にはまず核があります。
それからミトコンドリアゴルジ体小胞体なんかがありますね。
では核の中はどうなっているかというと…。
ＤＮＡがあります。
でそこにメッセンジャーＲＮＡが来て情報を読み取ります。
そのメッセンジャーＲＮＡは核の外に出ていきその情報を基にアミノ酸をくっつけ始めます。
どんどんどんどんこれがつながっていきますね。
するとそれが大きくなってタンパク質になる…という仕組みなんですね。
これはよく番組でも出てきましたよね。
これはセントラルドグマといって生命の根源的な仕組みなんですよ。
このように細胞の中にはタンパク質がいっぱいある訳ですね。
それがいろんなところで働いて生命活動を支えてるんですがそれではそのタンパク質合成について奈央ちゃんに質問です。
はい。
このタンパク質の原料となるアミノ酸はどこから来るんでしょうか？アミノ酸がですか？えっ食事からとる。
あ〜半分正解かな？半分？食事から来るアミノ酸だけじゃ足りないんですよ。
え〜！じゃあどうしてるんでしょう。
足りない分で効いてくるのがオートファジーなんですよ。
えっ自分を食べるって事ですか？そうなんですよ。
リサイクル？はい。
このように細胞の中に膜が出てくるんですね。
それが袋状になってそこに分解酵素が供給されて中に取り込んだ…なるほど。
自分自身の一部を食べて消化しているようなものだから自分を食べるオートファジーっていうんですね。
そうですね。
これまではタンパク質の合成のところばかりが注目されてきたんですがこのオートファジーによってタンパク質を分解するところが生命活動の維持に欠かせないという事が最近分かってきたんですね。
お〜。
オートファジーの仕組みを解明した大隅良典さんが所属する…大隅さんは７０歳になった今も研究を続ける一方研究員たちにアドバイスも与えています。
きれいに見るためにちょっと押さえつけて細胞がへしゃげた時の方がよく見えんのよね。
大隅さんたちが研究に使っているのは…イーストとも呼ばれパンやお酒造りには欠かせないものでヒトと同じ真核生物です。
そのため実験のモデル生物としてよく利用されています。
酵母の中には核や小胞体ミトコンドリアなどヒトと同じ構造があります。
そして酵母で大部分を占めるのが液胞です。
大隅さんが注目したのはこの液胞でした。
タンパク質を分解するオートファジーに関わっていると考えられていたからです。
液胞はタンパク質をどのように分解しているのか大隅さんはあえてタンパク質を分解する能力がない遺伝子変異酵母ではどんな事が起きるのかを観察しました。
すると普通の状態では液胞に変化は見られませんでした。
しかし酵母に栄養を与えなかった時に劇的な変化が現れたのです。
これが栄養がないいわゆる飢餓状態の酵母の様子です。
液胞の中に小さな粒が動いているのが見えます。
一体何が起こっているのか。
電子顕微鏡で調べてみると液胞の中で動いていた粒の中身は周りの細胞質と同じ成分でした。
液胞の外にあった細胞質の一部が中に入っている事が分かったのです。
分解能力がない酵母だからこそ見る事ができた決定的瞬間でした。
この結果からタンパク質が分解される画期的なシステムが明らかになりました。
酵母が飢餓状態になると細胞の中に膜状の袋が出現。
細胞質にあるタンパク質を包み込みます。
これが液胞まで移動し中身のタンパク質が液胞の中に運ばれます。
すると液胞の中にある分解酵素の働きでタンパク質が分解されるという仕組みだったのです。
え〜酵母に栄養を与えない条件でオートファジーが働くって事が発見されたんですね。
そうなんですね。
オートファジーが正常に働く酵母は飢餓状態でも１週間ぐらいは生きられるんですよ。
ところがオートファジーが働かないと死んでしまうんですね。
これって私たちの細胞でも同じなんですか？そうですねヒトの場合ですと一日に大体２００グラムのタンパク質をつくるといわれています。
ところが食べて摂取するタンパク質っていうのは一日に７０グラム程度なんですよ。
え〜！という事は残り…。
残りはオートファジーで補ってるんですよ。
へえ〜。
そうなんですね。
それでは詳しく伺いましょう。
東京工業大学の大隅良典さんです。
どうぞよろしくお願いします。
お願いします。
このオートファジーの研究はいつごろから行っていらっしゃるんですか？１９８８年に光学顕微鏡で液胞の中にものが運ばれるっていうのを観察して以来ですからもう２７年にもなります。
それを最初に見られた時はどう思われましたか？酵母が飢餓にさらされた時にたくさんのタンパク質が液胞の中で分解されるんじゃないかもしかしたら見えるかもしれないというのが私の思いだったんですが実際見てみるとたくさんの顆粒が本当に激しく動いている。
これはとっても面白い現象が見つかったなという思いはその時にしました。
このオートファジーという現象は昔から知られてたんですか？それを大隅さんは遺伝子レベルで解明されたという事なんですね。
どうやって調べていったんですか？オートファジーってさっき見たように膜が出てきてタンパク質を包むという事でしたけどタンパク質だけが入るんですか？細胞の中にはもちろんたくさんのタンパク質がありますしミトコンドリアだとか小胞体とか…何でも分解しちゃうんですね。
そう思われていたんですが最近標的を決めてオートファゴソームが現れる場合もあるという事が分かってきたんですよ。
東京工業大学の中戸川仁さんの研究グループです。
オートファジーが特定の細胞内小器官を狙って起きる仕組みを解明し今年６月科学誌「ネイチャー」に発表しました。
研究に使ったのは…緑色がタンパク質の合成などが行われる小胞体。
赤い部分が液胞です。
液胞の中に緑色に光っているものが見えます。
これは小胞体の切れ端がオートファジーの働きによって液胞に取り込まれている事を示しています。
次に中戸川さんたちはあるタンパク質がつくれない遺伝子変異した酵母をつくりました。
するとそのタンパク質がつくれない酵母では液胞の中に緑色の塊が見えません。
小胞体は液胞に送り込まれなかったのです。
この事からオートファゴソームはあるタンパク質を目印にして小胞体を取り込んでいる事を中戸川さんたちは発見しました。
それがＡｔｇ４０です。
小胞体の一部が液胞に取り込まれる仕組みです。
細胞が小胞体を分解する時その部分に目印となるタンパク質Ａｔｇ４０が出現します。
それを感知するとオートファゴソームの膜が出来その部分だけを液胞に運び分解していたのです。
無差別じゃなくてある特定のものを狙って膜が出来る事もあるんですね。
これは細胞がどういう状態になると小胞体を狙うようになるんですか？この実験は酵母の細胞を飢餓にさらしたという時にこの現象は発見されましたけども一般的には…という事は必ずしも飢餓状態とは限らないという事ですね。
そうですね。
これは結構面白い仕組みですね。
ここからは酵母よりも高等な生物においてオートファジーがどうなっているかを研究されている方にお越し頂きましょう。
東京大学の水島昇さんです。
よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
水島さんはもともと大隅さんの研究室でオートファジーの研究を始められたんですね？はい。
私もともとは内科の医者だったんですが大隅先生の酵母のオートファジーに魅せられてかれこれ２０年近くはまってます。
へえ〜。
ヒトでも酵母と全く同じようなオートファジーの働きをしてるんですか？先ほどの酵母では最後オートファジーが運ぶ所は液胞という大きな所だったんですが哺乳類の場合は小さなリソソームがたくさんその分解を担ってると。
そういう点は違いますけれども基本的には同じです。
ヒトにとってもオートファジーって結構大事な事なんですか？はいすごく大事です。
例えば私たちが１２時間か１日ぐらいごはんを食べなくてもオートファジーが活発化しますしもっと特殊な例では卵子と精子が受精したあとにオートファジーがやっぱり活発化します。
それは哺乳類の場合は受精してから子宮に着床するまで１週間前後と非常に長い時間かかるんですけどもその時の栄養素をオートファジーをしながら自給自足してるというところがとても大事でその機能がないとマウスでは生まれてくる事ができなくなってしまうんですね。
え〜！本当大事ですね。
（水島）はい。
それ以外にもオートファジーはやはりふだんから大事だという事が分かっておりまして例えば…映像があるのでこちらをご覧下さい。
これは大阪大学の吉森保さんの実験映像なんですがこれは紫色にぼんやり光っている部分細胞に感染しているサルモネラ菌なんですね。
おっ緑色のが包みましたね。
包み込んでる。
これ細菌をオートファゴソームが包んでやっつけるところですね？そうですね。
あとは細菌だけではなくて細胞の中のいらなくなったものとか傷ついたものをオートファジーが分解するという事も最近分かってきています。
何かオートファゴソームって細胞っていう家の掃除屋さんみたいな役割もありますね。
ところが最近オートファジーから逃れる仕組みというのもある事が分かってきたんですよ。
情報通信研究機構の原口徳子さん。
原口さんはもともとオートファジーとは関係ない研究をしていました。
それが…その研究の過程で偶然オートファジーの不思議な性質を発見したのです。
原口さんは細胞の中に核をつくるため小さなビーズを用意しました。
これがそのビーズ。
直径は２．８マイクロメートル。
プラスチックで出来ています。
そしてこのビーズの周りにＤＮＡをつけました。
ぼんやり光っているのがＤＮＡです。
これをヒトの培養細胞に入れればＤＮＡビーズを中心に核が形成されると考えたのです。
これが細胞。
青く光っているのがＤＮＡビーズです。
時間を追って見てみると…。
赤くなったあとに緑色のものが出てきました。
実はこの緑色がオートファゴソームです。
ＤＮＡビーズを取り囲むかと思いきやすぐに消えてしまいました。
一方ＤＮＡをつけないただのビーズの場合です。
緑色のオートファゴソームがやって来てすぐに取り囲みます。
ではなぜＤＮＡをつけたビーズは取り囲まなかったのでしょうか。
謎を解き明かすカギは電子顕微鏡写真で見つかりました。
ＤＮＡビーズを取り囲んでいるものが見えます。
実はこれ…そしてオートファゴソームはこの外側にありました。
この事からこの膜のようなものにブロックされたと考えられるのです。
膜をつくってオートファジーから逃れているんですね。
まだ面白い事がたくさん分かってくると思います。
このオートファジーの研究というのは全てが解明されたという訳ではまだないんですね？そうですね。
まだまだ分からない事の方が多いという状態だと思います。
例えばオートファジーで一番面白いとみんな思う現象は何で膜が現れてきてある部分を取り囲む事ができるのか。
でも膜が出てきている様子とか映像にもありましたけどまだ分かってないんですね。
そうですね私たちが見つけている遺伝子がどんな仕事をすると膜が伸びてくるかという事が分かってくると更にオートファジーの理解というのは深まってくるんだと思います。
そんなオートファジーの研究ですが…オートファジーの機能が損なわれると細胞の中に今度はごみがたまってくるとそういう状況になると考えられています。
あっこの部屋にもごみがたまってきちゃいましたね。
はい。
そうすると細胞がどんどん具合が悪くなっていくという事になってくると思います。
傷んで何か暗くなっちゃいましたけど…。
具体的にはどんな病気になってしまうんですか？今はオートファジーの機能低下と神経疾患との関係が非常に強いと考えられています。
中でもパーキンソン病とオートファジー不全との関係が強いと考えられていますね。
パーキンソン病ですか。
パーキンソン病っていうのは脳の中の神経伝達がうまくいかなくなって手足が小刻みに震えたり歩行困難になったりする病気で高齢者に多くて今６５歳では数百人に１人もいるというふうにいわれている病気ですね。
多いですねそれは。
どうして神経伝達がうまくできなくなってしまうんですか？何でその細胞が死んでしまうかというとどうも悪くなった…不良ミトコンドリア。
ちょっとこちらをご覧下さい。
ミトコンドリアは細胞の中でエネルギーをつくり出す非常に重要な器官なんですね。
ところがエネルギーをつくり出す時に同時に非常に有害な活性酸素をつくってしまうんですよ。
この活性酸素をたくさんつくってしまうのが不良ミトコンドリア。
これは早く処分しないと細胞全体がどんどん駄目になっていってしまうんですよ。
この不良ミトコンドリアがどうやって自分が不要だという事を伝えたりあるいはオートファジーがどうやってそれを認識したりというところがまだこれまでは完全に分かってた訳ではないんですね。
それが最新の研究で分かってきたんですね。
パーキンソン病とオートファジーの関係について詳しく調べた…松田さんはオートファジーに関係していると考えられるパーキンというタンパク質に注目しました。
不良ミトコンドリアでこのパーキンがどう働いているのか見てみました。
ここに細胞があります。
赤いのがミトコンドリア。
緑がパーキンです。
パーキンは細胞全体に散らばっている事が分かります。
ここでミトコンドリアの働きを悪くする薬品をかけると…。
赤いミトコンドリアに緑のパーキンが集まっているように見えます。
ところがパーキンが不良ミトコンドリアに集まるためには別のタンパク質も必要だという事が分かりました。
それがＰＩＮＫ１というタンパク質です。
上がＰＩＮＫ１がある細胞の不良ミトコンドリア。
下がＰＩＮＫ１がない細胞です。
ここで細胞のどこにパーキンがあるかを見てみるとＰＩＮＫ１がない方は不良ミトコンドリアにパーキンが集まっていない事が分かります。
この事からＰＩＮＫ１とパーキンが協力して不良ミトコンドリアに集まりそこにオートファジーを呼んでくるという仕組みが明らかになりました。
その仕組みを分かりやすく説明すると…。
ミトコンドリアが不良になるとまずやって来るのがＰＩＮＫ１ちゃんです。
ＰＩＮＫ１ちゃんはこのままでは何もできないのでパーキン君を応援に呼びます。
そしてパワーアップアイテムのリン酸を渡すんです。
パワーアップしたパーキン君はミトコンドリアが不良になっている事を知らせる道具がないか探しました。
そして見つけたのがユビキチンというタンパク質。
ＰＩＮＫ１ちゃんはこのユビキチンが目立つようにリン酸をくっつけていきます。
それをパーキン君が不良ミトコンドリアの上に高〜く積んでいくんです。
すると辺りを見回っていたオートファジー君がこの柱を発見。
急いで膜をつくって不良ミトコンドリアを分解します。
こうして細胞が悪くなるのを防いでいるんです。
何かすごい仕組みでしたね。
これはもう大変画期的な成果だと思います。
パーキンソン病全体でミトコンドリアの不良化の研究というのはこれからまだまだ続けていかないといけないと思います。
オートファジーって細胞を掃除してくれる訳ですよね。
となると個人的ですけど高齢化社会もきてますし自分で断食か何かすると体の細胞がきれいになるのかななんて思っちゃうんですが。
断食でどうかは分からないんですけれども今は例えば神経細胞の中にごみがたまる事が原因や特徴のある病気ってたくさんありますのでオートファジーを少し活発にできるような薬があればそういうごみを取り除くごみ処理役のような事ができるのではないかと。
実際動物実験ではもうそういう事が試みられていますので全く夢という事ではないんじゃないかと思います。
恐らくオートファジーだけの原因で病気になるっていう事もないかもしれませんけど…多分間違いなくあるだろうと思っています。
オートファジーって正直聞いた事もなかったんですけれども飢えても死ななかったりとかごみを処理してくれたりとか私たちの体にとってすごい大事なものだって知ってすごい面白かったですね。
そうですね。
オートファジーっていうのは真核細胞が進化した時に獲得した大事な性質で一旦生物はそういう機構を獲得するとそれをいろんな形に使い回しをして多様なオートファジーの機構というのが今分かってきていてそういうのはこれからもますますたくさんこれにもオートファジーが大事だったというような事が分かってくるんだと私は期待しています。
大隅さん水島さん今日はどうもありがとうございました。
（２人）ありがとうございました。
それでは「サイエンスＺＥＲＯ」。
次回もお楽しみに。
2015/09/19(土) 12:30〜13:00
ＮＨＫＥテレ１大阪
サイエンスＺＥＲＯ「長寿のカギ！？ 細胞内のリサイクル“オートファジー”」[字][再]
ノーベル賞の登竜門と言われる賞を今年受賞した、東京工業大学の大隅良典さん。私たちの生命を支える細胞のリサイクル「オートファジー」を解明した。驚きの仕組みに迫る。
詳細情報
番組内容
ノーベル賞の登竜門と言われるガードナー国際賞を今年受賞した東京工業大学の大隅良典さん。細胞内でタンパク質をリサイクルする「オートファジー」の仕組みを解明したことが世界的に評価された。細胞の「自食作用」とも呼ばれるこのメカニズムは、生命活動を支える最も基礎となる仕組みで、さらに、パーキンソン病などの神経疾患とも関係があることが明らかになってきた。大隅さんをスタジオに迎え、オートファジーに迫る。
出演者
【ゲスト】東京工業大学特任教授…大隅良典，東京大学大学院医学系研究科教授…水島昇，【司会】竹内薫，南沢奈央，【語り】土田大
ジャンル :
ドキュメンタリー／教養 – 宇宙・科学・医学
ドキュメンタリー／教養 – 自然・動物・環境
情報／ワイドショー – その他
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音声 : 2/0モード（ステレオ）
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