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2006年2月26日(日)、3月5日(日)
テーマは『生命科学スペシャル 〜発見！ヒト タンパク質の一生〜 』 |
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【ドクターの一言】
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今週のドクターは、 |
〈タンパク質の一生〉
〜どこでどうやって作られる？〜 |
 私たちの身体。それはおよそ、６０兆もの細胞で作られています。そして、その細胞を形作っているのがタンパク質。私たちの身体には、１０万種類ものタンパク質が存在すると 言われています。全身の皮膚や筋肉、そして臓器の細胞も全て、タンパク質から作られています。また、眼のレンズもタンパク質が原料。透明で、光を通す種類のタンパク質から作 られているんですね。そして、タンパク質は、身体を形作る材料というだけではありません。食べ物を、胃の中で消化する「消化酵素」。これもタンパク質です！そして、私たちの体内を１分間に１０万キロメートル、地球２周半ものスピード で旅をする血液。その血液の中で、全身に酸素を運ぶ赤血球も、タンパク質なんです。１０万種類にも及ぶタンパク質は、作られたり壊されたりを繰り返しながら、体内で起る大切な働きの殆どを、請け負っているのです。木川先生は、タンパク質の構造を調べ、 そのデータを元に、人工的にタンパク質を作り出す、研究チームのリーダーです。タンパク質とは、アミノ酸という物質がつながったもの。アミノ酸は、全部で２０種類あります。その２０種類のアミノ酸が、様々な組み合わせでつながって、実に１０万種類ものタンパク質が作られます。アミノ酸とタンパク質の関係は、 いわばアルファベットと英単語のようなもの。文字を組み合わせて、単語が出来るように、アミノ酸の様々な組み合わせが、１０万種類ものタンパク質を生み出します。その組み合わせ方を決めるのが遺伝子。つまり、タンパク質の設計図です。タンパク質が生まれるのは細胞の中。全身のあらゆる細胞で、作られています。クラゲのタンパク質を作る実験！今回の実験では、試験管の中でタンパク質を作ります。 タンパク質を作るために、必要なものは次の３つ。まずは、設計図の働きをする遺伝子。この液体が、光るクラゲのタンパク質を作るための、設計図なのですね。続いて、こちらはタンパク質の材料。我々の身体にあるのと同じ、 ２０種類のアミノ酸です。最後は、アミノ酸同士を繋ぎ合わせる、接着剤の役割を果たすタンパク質です。アミノ酸が入った試験管に、遺伝子と接着剤になるタンパク質を入れれば、遺伝子の設計図通りに、アミノ酸が繋がり始めます。ただし、紐のように繋がるだけでは、まだタンパク質とはいえません。設計図に従い、複雑に折り重なって、立体的な構造を持った時、初めてタンパク質となるのです。まず、遺 伝子を「ピペット」という、特殊なスポイトで吸い上げます。ピペットで吸い取った遺伝子を、アミノ酸が入っている試験管に注ぎ込みます。その際、何度か出し入れを繰り返し、遺伝子とアミノ酸が、万遍なく混ざるようにします。次に、接着剤の役目をするタンパク質を注ぎます。これで準備は全て完了。最後に、混じりあった液体を、３７度のお湯で温めます。待つこと 一時間。果たしてタンパク質は出来上っているでしょうか…。ご覧下さい。右側が試験管の中で誕生しました光るクラゲのタンパク質ＧＦＰです。遺伝子とアミノ酸から、新たなタンパク質が生まれる。同じ現象が、私たちの身体の細胞でも、日々、繰り返されているのです。こうして生まれたタンパク質も寿命が訪れると壊されて、新しいタンパク質と入れ替わります。実はここに、生命の維持に関わる重要な謎が！このタンパク質分解の謎に、いち早く注目！真相を追い求めてきたのが田中啓二先生なのです！ |
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〈タンパク質の一生〉
〜プロテアソーム〜 |
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タンパク質。それは単に、身体を形作るだけでなく、身体の中で起こる働きの殆どに関わる、重要な物質。そのタンパク質は常に入れ替わり、細胞をリフレッシュします。
３ヶ月前のＴａｋｅ２。タンパク質は１日に２％ずつ入れ替わります。３ヶ月で、総入れ替えされるため、タンパク質レベルでは、全く別人なんです。そして、この入れ替えがスムーズに行かない時、身体に異常が発生します。タンパク質は作られるだけではなく、
本来の寿命を全うし、壊される事が大切です。タンパク質の寿命。それは、短くて２〜３分、長ければ数ヶ月と、実に１万倍もの開きがあります。その違いを決めているのは何なのか？この疑問から、田中先生の研究は始まりました。田中先生はこの３０年間、
常に「タンパク質の寿命は、どうやって決められるのか？」「タンパク質の分解、その意味とは何か？」にこだわり続けてきました。１９７７年、２５歳の時、田中先生は後に生涯の師となり、また友人ともなる、ハーバード大学、アルフレッド・ゴールドバーグ博士の論文と出会います。その論文には、衝撃的なことが書かれていました。
『タンパク質が壊される時にも、エネルギーは使われている』それまでの、タンパク質が壊される時には、エネルギーは使われない、という学会の常識を打ち破る内容を目にして、田中先生は、「この中にこそ自分が生涯を捧げるテーマがある！」と直感。ハーバード大学への留学を決意しました。そして３年後、留学。遂にゴールドバーグ研究室の一員となります。実は、その３年の間に、タンパク質分解のメカニズムに関しては、
イスラエルの２人の科学者による、新たな仮説が発表されていました。その仮説では・・本来の寿命が尽きたタンパク質には、必ずユビキチンという物質がくっつく。ユビキチンがついたタンパク質は、まるで目印でもついているように、速やかに分解される。タンパク質にユビキチンがくっつく際、エネルギーが使われる。仮説には、そう述べられていました。しかし、この仮説をゴールドバーグ博士は疑問視。留学早々の田中先生に、
「仮説の誤りを証明するように」という、課題を出します。ところが、田中先生は逆に、ユビキチンに関する仮説が正しい事を、僅か三ヶ月余りで、見事、証明してしまいました。その時、生まれたのが、ユビキチンを目印に、タンパク質を壊すのは何か？という新たな疑問。田中先生はその解明を、自らの研究テーマとします。留学を終え、日本に戻ってからも、タンパク質を壊す何かが必ずある筈だと、田中先生は信じて、
研究に没頭しました。そして遂に、ユビキチンがくっついたタンパク質だけを壊す物質を、発見したのです！プロテアソーム。後に世界の生命科学者を、驚嘆させる物質です！これが電子顕微鏡で捉えたプロテアソーム。ユビキチンの付いたタンパク質だけを、つかまえ分解する酵素です。このプロテアソームは、何と細胞の中に数多く存在しています。でも、どうやって、ユ
ビキチンの付いたタンパク質だけを攻撃するのでしょうか？プロテアソームは、ユビキチンを目印として、狙ったタンパク質を飲み込みます。それから、タンパク質の結合部分をハサミで切り離すようにして、元のバラバラなアミノ酸に戻してしまうのです。田中先生が発見したこの働き、身体の機能を正常に保つ上では、どのような役割を、担っているのでしょう？タンパク質は、正常に働いていても、壊れるべき時に、壊れなければいけません。
それがタンパク質の寿命。プロテアソームが果たす最も大きな役割は、機能が正常なうちにタンパク質を分解する事。正常な機能を失ったタンパク質は細胞を傷つけるため、時には、細胞そのものが死んでしまう危険すらあります。そして、もう一つの重要な役割は、細胞に悪影響を与える、出来の悪いタンパク質を壊す事。細胞の中で新たに生まれるタンパク質の、何と三割は不良品！もし、プロテアソームが働かなければ…出来の悪いタンパク質が、
細胞内にどんどん溜ってしまいます。寿命の尽きたタンパク質や、出来の悪いタンパク質が体に溜まる。実はそれが、パーキンソン病や、アルツハイマー病といった、難病の原因になっていたのです！|
〈タンパク質の一生〉
〜どのように壊される？〜 |
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東さんが訪れたのは、東京・駒込にある「東京都臨床医学総合研究所」。田中先生を中心に、遺伝子との関係が深い難病を研究。原因の究明、診断・治療、予防法の確立をめざしています。タンパク質が壊れるってどういう事？その疑問を解き明かすため、まず、生命科学の基本ともなる、実験室に案内してもらいました。研究に使う、ＥＳ細胞を準備しています。東さんが見たのは研究用の
培養皿に、ＥＳ細胞を移動させている瞬間でした。このＥＳ細胞は、「幹細胞」とも呼ばれており、皮膚から脳まで身体の、あらゆる部分の細胞に変化する、細胞です。また、ＥＳ細胞は、タンパク質の設計図になる遺伝子の組み替えを、最も行いやすい細胞でもあります。遺伝子を組み替えると、当然、組み替え前とは、
違った性質のタンパク質が作られます。たとえば、マウスの遺伝子を組み換えて、そのマウスに起こる異常や変化から、タンパク質が持つ、機能や性質を解明するのです。続いては、研究用の細胞を培養している部屋へ。これが
ヒーラー細胞。世界中の研究者たちが、がん研究に使っています。これは電子顕微鏡で捉えたプロテアソームをコンピューターで解析した映像。その元になった写真はこちら。１９９３年、西ドイツのマックスプランク研究所で、初めて撮影に成功しました。タンパク質分解の鍵を握るプロテアソーム。
決して肉眼では見られない貴重な映像は、当時、全世界の科学雑誌の表紙を飾りました。そして同時に、田中先生を表す国際的なトレードマークともなったのです！なんと田中先生の名刺にもプロテアソームが！
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〈タンパク質の一生〉
〜病気との闘い〜 |
 プロテアソームの発見により、世界のタンパク質研究をリードする田中先生！２００１年には、ノーベル賞受賞者を決める、「ノーベル会議」のメンバーにも選ばれています。プロテアソームの研究、それは今後の医療に、 どんな発展をもたらすのでしょう？事実、プロテアソームの研究で、パーキンソン病の原因が判明しました。パーキンソン病とは、身体を動かす指令が、脳から上手く伝わらなくなる病気。徐々に全身が動かせなくなります。パーキンソン病に冒された脳の神経細胞。その中には、寿命が尽きたのに分解されなかったタンパク質が溜り、指令の伝達を妨害 していたのです。また、パーキンソン病の患者さんからは、不思議なユビキチンを作る遺伝子も、見つかりました。このユビキチンがタンパク質にくっついても、プロテアソームは、そのタンパク質を壊そうとしません。それは、目印にならない、異常なユビキチンだったのです。そのため、 神経細胞に不要なタンパク質が次々と溜り、病状を進行させていました。プロテアソームの研究が進み、不要なタンパク質が細胞内に溜まらないように出来れば、将来、パーキンソン病の治療や予防が可能になると期待されています。一方、脳が徐々に萎縮し、 認知症が起きる、アルツハイマー病の場合、病に冒された脳を調べると・・・・「老人斑」と呼ばれる、このようなシミが見つかります。このシミも、実はアミロイドベータという、異常なタンパク質が脳の神経細胞の外側に溜まったもの。そして、神経細胞の中には、 さらにタウという異常なタンパク質が溜まります。このタウが溜まると、神経細胞は死んでしまうのです。アルツハイマー病の原因も、プロテアソームが壊せない異常なタンパク質が、脳の神経細胞に溜まっていくことだったのです。 |
