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ノーベル賞も受賞した体内時計(概日リズム)の仕組みを簡潔解説!

      2018/01/11

2017年のノーベル医学賞は睡眠に関するものだと聞きましたが、この研究で私たち不眠症の治療が変わるのでしょうか?

今回のノーベル賞の研究内容は「概日リズム(体内時計)」についての遺伝子研究です。この研究は、不眠症やうつ病、ひいては肥満体質の改善に役立つ可能性があります。

今回はノーベル賞の研究内容も交えつつ概日リズムの仕組みと不眠の治療法について解説しましょう。

概日リズムってなんだろう?

私たちが普段「体内時計」と呼んでいるものの正式名称は概日リズムといいます。

詳しくは「【25時間は間違い】体内時計って何?その種類や調整方法について」にて解説しておりますが、一言でいうなら体の中にある行動パターンのこと。

「この時間にはこの行動を行う」というパターンを組むことで、体の働きを規則正しくしているのです。

なぜ概日リズムの研究でノーベル賞を受賞できたのか?

日刊工業新聞より

なぜ概日リズムの研究でノーベル賞を受賞できたのでしょうか?

米国の科学者ジェフリー・ホール氏、マイケル・ロスバッシュ氏、マイケル・ヤング氏は、10月2日、体内時計を制御する分子メカニズムを発見した功績で2017年のノーベル医学賞を受賞した。

体内時計を制御する分子メカニズムは、体内の概日(がいじつ)リズムの同期が乱れたときに、人間が時差ボケを経験する仕組みや、不眠やうつ病から心臓病といった疾患にまで幅広い影響を及ぼすことを説明するのに役立つ。

引用:東洋新聞

睡眠の問題は様々な健康問題を引き起こす要因。今回の研究は睡眠だけでなく多くの医療の発展に役立つ可能性を秘めている為に受賞されました。

どんな研究を行ったの?

ノーベル賞を受賞した3名の科学者たち(ホール氏、ロスバッシュ氏、ヤング氏)はどんな実験を行ったのでしょうか?

生き物は概日リズムを光で調整する

「体内時計は目から光を浴びることでリセットされる」ということをご存知でしょうか?

脳内に「視交叉上核」という部位。ここが概日リズムを司っているのですが、ここが光を感知することで活動を開始する為に体内時計がリセットされているように感じるのです。

会社で例えてみましょう。

  1. 目「強い光を感知した!朝がやってきたぞ~。視交叉上核に連絡だ!」
  2. 視交叉上核「朝だ。今から一日が始まるぞ。各臓器に朝の仕事開始の合図を送るぞ」
  3. 血管「血圧を上げます」松果体「睡眠ホルモンをストップします」肝臓・胃など「活発に動き始めます」

このように、光の合図によって体内は活動時間の開始を把握しているのです。

光がなくても体内時計は活動する?

ここで1つほど疑問が浮かびます。

「光がないと概日リズムはどうなるのか?」

この疑問に対する研究は1930年代には開始されていました。最初はマメ科の植物が「光がなくても夜になると葉を閉じる」という疑問。

そこから人を時間のわからない密室に閉じ込め、活動時間と体内のホルモンを測定。その結果、人は光を浴びなくても約24時間周期で活動を行っていたことが判明。

これにより概日リズムは日の光に関係なく体内に備わっている機能だということがわかりました。

ただし、なせこのような働きが行われるのかについては長らく不明でした。

ハエの時差ボケでメカニズムを発見!

この仕組みを判明したのか、今回のノーベル賞を受賞した3名の博士たち。

彼らはハエを疑似的に時差ボケを起こすことで、睡眠に関する遺伝子を見つけたのです。

といっても普通のハエではありません。ハエに遺伝子変異源という物質を与え、体のどこかの遺伝子が通常と変わったハエで実験をしています。

遺伝子変異源とは何ですか?
人間で言うと放射性物質みたいなもの。触れたり体の中に入ると遺伝子が破壊・書き換えられてしまう物質です。

遺伝子変異源を与えても、必ず睡眠にかんして変化があるわけではありません。そのため、2000匹のハエを用いて実験しました。その結果、4匹のハエで体内時計に異常をきたす変化が確認されました。

  • 19時間周期のハエが1匹
  • 26時間周期のハエが1匹
  • 完全不規則なハエが2匹

これらのハエの遺伝子と正常なハエの遺伝子を比べることで、period遺伝子(以下per)とtimless遺伝子(以下tim)の2つの遺伝子を発見。のちに別の科学者が発見したClock遺伝子(以下Clock)と合わせることで、概日リズムのメカニズムが判明しました。

これはハエの話ですよね?人間にもこの遺伝子はあるのですか?

はい。perとtimに関しては東大と神戸大の共同研究及びアメリカのベイラー医科大によって別々に発見しております。Clockについてはまた見つかっていないようですね。

余談ですが、Clockを発見したのは日系人のジョセフ・タカハシ氏という方です。

概日リズム(体内時計)の仕組みを解説!

LaCasadeGoethe / Pixabay

では、どんな仕組みで概日リズムは動いているのでしょうか?その前に遺伝子について軽く解説しましょう。

【遺伝子とは】生物の体内データのこと。体の細胞(タンパク質)はこの遺伝子を元に作られる。遺伝子は細胞の完成と同時に染色体として細胞核の中に組み込まれる。

perやtimと書いた場合は遺伝子のことだが、PERやTIMと表記した場合は各遺伝子から作られたタンパク質のことを指します。

基本となる遺伝子はperとtim。この2つで出来た細胞は完成すると結合。数時間後に酵素によって分解されます。この結合と分解が体内時計が動いています。

TIMタンパク質は光によっても増減します。日が出ている時は体の中のTIMが無くなり、夜暗くなると増え始めます。

このTIMタンパク質のおかげで時差ボケの改善が行われるのですよ。

もうひとつの「Clock遺伝子」はどんな働きをするのかというと、perやtim遺伝子の活性化を行うためのスイッチ。

PERやTIMタンパク質が体の中にない場合、既に発見されていた「cycle遺伝子」と共に活性化しperやtimに対してたんぱく質を作るよう命令を出すのです。(正確にはCYCLEとCLOCKタンパク質が結合したものが活性化の命令を出す)

perとtim、そしてClock遺伝子のメカニズムは大小の違いはあれ、(わかっている限り)すべての生物に当てはまる現象でした。

「大小の違い」とはどんなものがあるのですか?
一部の生き物には一部の遺伝子が見つからなかったり、活性化する条件や部分が違うケースですね。夜行性、冬眠をする、過酷な環境で生きている等の理由で生活にあった遺伝子の働きに適応しているのです。

この技術で様々な治療がこう変わる

voltamax / Pixabay

睡眠に関しての遺伝子が判明しましたが、その結果私たちの生活にどのような変化がもたらされるのでしょうか?

従来の知識から大きく変わった点として「体内時計は1つじゃない」ということ。医学的には「末梢時計(まっしょうとけい)」と呼ばれています。代表的なものとして「心臓」「肝臓」「膵臓」「脂肪」などですね。

「夜にご飯を食べると太りやすい」と言われていますが、その理由は肝臓や脂肪の時計遺伝子が活動を制御しているから。食べて「太りやすい体質」「太らない体質」というのは、この時計遺伝子が正常に働いているかどうかというのが最近の研究で推測されています。研究が進めばダイエットの仕方が大きく変わるかもしれません。

また、うつ病を始めとした心の病の改善にも大きな期待があります。

うつ病になると不眠状態に陥り、より強いうつ状態に陥りやすい。現在では強力な薬で無理やり脳を眠らることで対処していますが、体に負担がかからない安全な薬が開発される可能性が出てきました。

他にも心臓病や糖尿病への応用研究が行われているのですよ。

「今すぐできる!」概日リズムの治療方法

今すぐこの研究を用いた不眠などの治療法はあるのでしょうか?

現在医学的に活用されているものとしては「光療法」というものがあります。詳しくは該当ページにて解説をしていますが、太陽の光に来た強い光を浴びることで、体内時計をリセットする方法。少し前までは値段が高かったのですが、現在では安価で効果的なものが販売しております。

もし、あなたが不眠で悩んでいるようでしたら、一度光療法のページを見てみるといいでしょう。

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