環境と遺伝子の間：あなたのエピジェネティクスは常に変化している
「環境と遺伝子の間：あなたのエピジェネティクスは常に変化している」の写真・リンク付きの記事はこちら「DNA」とは生命の設計図、「遺伝子」とは設計図に書かれた詳細ひとつ、あなたに質問したい。あなたを取り囲む環境や経験。つまり文化や社会、そして主観的な強い感情といったものは、細胞内の遺伝子に影響するものだと思うだろうか？ 2003年に解読を終えたヒトゲノム計画により、両親から受け継いだ遺伝子は生涯において不変だという考えが一般にも広まった。確かに設計図の中の約2万2,000ほどの遺伝子は原則変わらない。しかし同じ遺伝情報をもつはずの一卵性双生児が、まったく違う性格となり、時に片一方だけが遺伝性の病気を患うことがあるのはなぜだろう？ それに2001年に生み出された初のクローン猫『Cc』の外見や性格が、オリジナル猫とはまったく異なっていた事実は、あまりにも有名な話だ。わたしの身近にある例も、ひとつ挙げてみよう。わたしには何人か養子として育てられた友人がいる。そのうちのひとりは、DNAは韓国人であるにもかかわらず、産まれてすぐに祖国から養子に出され、アメリカの片田舎の白人夫婦に育てられた。彼女の姿をこの目で見なければ、誰も彼女がアジア人の遺伝子を引き継いでいるなどとは思うまい。韓国料理店には足を踏み入れたこともなく、箸さえうまく使えない（もちろん“使わない”という心理的なチョイスもあるだろうが）。アジア系アメリカ人のほぼすべてに、両親から受け継いだ祖国の文化が垣間見られるのに対し、この友人からは韓国文化のかけらすら見出すことはできない。彼女は疑うべくなく、アメリカ北西部のアクセントと白人文化を色濃く受け継いだ、生粋のアメリカンガールなのだ。もし彼女に一卵性双生児の片割れが存在し、その片方が韓国で育てられていたならば、このふたりは同じ遺伝子を共有していても、まったくの別人となっていただろうことは想像に難くない。別々の言語を話し、異なる文化に育ち、食べ物も生活習慣も何もかもが全まったく違う環境。仮に彼女らの遺伝子の“発現量”を比較できたとすれば、そこには大きな違いが見られたはずだ。では具体的に、ふたりの遺伝子の間にはどのような違いが現れていたのだろうか？このように環境が与える遺伝子への影響について調査するため、まさに上述の例をミツバチで実験した研究者がいる。遺伝子の情報によりタンパク質がつくられ体となるのは、人間に限らずどの生物にも共通する仕組みだ。われわれを形づくる遺伝子の分子構造は、どうやら思っていたよりも環境に影響を受けるらしい。近年の研究によると、必ずしも遺伝子が運命を決定づけるのではないことが明らかになってきた。あなたを形づくる膨大な設計図の中の一部が発現するかどうかは、“可能性”に過ぎないのだ。
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社会的環境がもたらす生物学的反応：エピジェネティクス米イリノイ大学のジーン・ロビンソン教授は2009年に発表した論文で、“育ち”が遺伝子に与える影響について実験を行った。彼が注目したのは、非常に気性が穏やかなイタリアミツバチと、集団で人を刺し殺すこともある獰猛なアフリカナイズドミツバチ（以後キラー・ビー）だ。ミツバチ類は高度な社会性をもつ昆虫で、それぞれの役割は階層により成り立っている。これらのミツバチの見かけにほとんど変わりはないが、キラー・ビーには自分のテリトリーを守るため、非常に攻撃的になるという性質がある。そこで研究チームは、それぞれの幼虫を孵化一日目で別種の巣に移し、2種類のミツバチがどのような性格に育つのか、という実験を行った。ロビンソンの以前の実験で明らかになっていたのは、孵化したばかりの幼虫ならば、別種でもそれぞれの巣に受け入れられるということ。そして“養子”に出されたイタリアミツバチは、養い親のキラー・ビーと同じようにキレやすく攻撃的になり、逆にイタリアミツバチに育てられたキラー・ビーは、育ての親に倣っておとなしくなるということだった。ロビンソンは、年を重ねたキラー・ビーがより攻撃的になる性質を受け、警戒フェロモンという“環境的な刺激”が、個体をより凶暴化させることに注目。詳細な遺伝子解析の結果、キラー・ビーの5〜10％の遺伝子は警戒フェロモンに反応し、護衛、兵隊、食料調達などの役割を決めていたことを突きとめた。驚くことに、キラー・ビーの警戒フェロモンに晒されて育ったイタリアミツバチの遺伝子も、これに影響を受けていたのだ。生まれもったゲノムの塩基配列はもちろん変わっていなかった。しかし、イタリアミツバチは警戒フェロモンの影響により、温厚から獰猛な性格になるように、「遺伝子のスイッチ」が大きく切り替わっていたのである。環境によって変化する遺伝子のスイッチ。このコンセプトは1942年にコンラッド・H・ウォディングトンにより初めて提唱され、「エピジェネティックス」と呼ばれている。二重らせんで成り立っているDNAや、DNAが巻き付いているヒストンたんぱく質を、有機分子が後天的に化学装飾（DNAのメチル化やヒストンのアセチル化）するもので、これが親から受け継いだ遺伝情報をオンにしたりオフにしたりと調節しているのだ。この有機分子はひとたび化学装飾が起こると、長い間、時には一生付着することとなる。最近の研究では、ライフスタイル、食生活、社会的変化、環境汚染、また心理的な変化によっても、エピゲノムが変化することが明らかになっている。遺伝子と環境の間。氏と育ちの隙間。そこにエピジェネティックスが作用する。そして環境からの情報を取り込むことで生じた一部のエピジェネティクスは、なんと次世代へと遺伝することが明らかになってきたのだ。
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エピジェネティクスの後天的な変化には遺伝するものもある豪アデレード大学ロビンソン研究所のトッド・フルストン博士は、マウスを使った実験で、生殖細胞をつくり出す精巣と精子のエピジェネティクスに着目。マイクロRNAを用いたエピジェネティクス解析で、実験前後で精巣と精子の遺伝子表現型が変化したかを調査した。マイクロRNAとは、たんぱく質を翻訳するRNAとは違い、遺伝子の発現を調整しているとみられているものだ。研究グループは20匹の雄マウスを2つのグループに分け、10週間もの間、一方には高脂肪食、そしてもう一方にはコントロールとして普通食を与えた。その結果、高脂肪食の雄マウスの体脂肪は21％も増え、精巣や精子のマイクロRNAにも変化が認められたという。そこで肥満となった雄マウスをコントロールの雌と交配させ、子ども世代が肥満マウスの遺伝子表現型を引き継いでいるかを調査。さらに、子ども世代の雌とコントロールの雄を交配させて、生まれた孫世代にも同様の表現型が遺伝するかを調べた。すると雌雄問わず子どもたちのすべてに部分的、または全遺伝子表現型が遺伝していることが確認され、特に雌の子どもは67％も肥満率が上昇。しかも父マウスに糖尿病などの代謝疾患が確認されなかったにもかかわらず、糖尿病の前兆であるインスリン抵抗性の上昇が認められたという。また、雌の子どもが産んだ孫世代の雄も27％肥満が増加し、高脂肪食を与えられて肥満となった父マウスの影響が、2代にわたって伝達することが確認されたのだ。この研究内容が掲載された『The FASEB Journal』の論文は、子どもをつくるまでのたった2カ月半の食生活が、生殖細胞の分子構造にまで影響を及ぼしたことを示唆している。そしてこの遺伝子のスイッチはその後2代にわたって“遺伝”した。DNAの塩基配列の変化を伴わずして、遺伝子のスイッチが変わる。われわれが生活習慣、または生活環境を変えるだけでも、エピジェネティクスには変化が現れていたのだ。住む環境を変えてやるだけで、ミツバチのエピゲノムは劇的に変化した。たった2カ月半の高脂肪食も、マウスを2代にわたって肥満体質にした。では、われわれの経験は？ 社会から疎外された強い孤独感、個人が感じるストレス、善行による深い幸福感や満足感は、われわれのエピゲノムに変化をもたらすのだろうか。米カリフォルニア大学ロサンゼルス校のスティーヴ・コール博士によると、答えは“イエス”だ。
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深層心理が免疫細胞のエピジェネティクスに変化をもたらす以前より、医学、ライフサイエンス、心理学などの分野では、孤独な人は病気になりやすいことが指摘されてきた。そこでスティーヴ・コール博士は、社会的に孤立し慢性的に強い孤独を抱えた人は、免疫システムに何らかのエピジェネティックな変化があるのではないかとの仮説を立てた。コールは2007年の研究で、孤独な人の免疫細胞のうち、白血球の遺伝子の2つ（NF-κBとAP-1）がどう発現しているかを調査した。被験者は平均年齢が55歳の14人。DNAマイクロアレイによる遺伝子発現解析を行い、社交的なグループと孤独なグループを比較したところ、約2万2,000というヒト遺伝子のうち、209の遺伝子の発現において大きな相違が見られた。孤独感を感じている被験者は、炎症にかかわる78の遺伝子が過剰発現となっており、逆に抗体の生成や抗ウィルス反応にかかわる131の遺伝子においては、発現量の低下が見られたという。この結果によると、強い孤独感は、心臓病、アルツハイマー病、関節炎など、炎症を伴う病気のリスクを上昇させ、さらにウイルス性の風邪などにかかりやすくなることを示唆している。面白いのは、「どれだけ社会から疎外されているか」という客観的な事実ではなく、「本人がどれだけ孤独を感じているか」という主観的な感情のほうが免疫細胞との関連性が強かったことだ。また同氏含む研究チームは、幸福感が免疫細胞に及ぼす影響についても追求している。2013年7月29日付けで『米国科学アカデミー紀要』に掲載された論文では、驚くべきことに幸福の種類によっても免疫細胞のエピゲノムが変化すると発表されている。研究者らは、35歳から64歳までの被験者80人を幸福の種類別に分けた。1つめの幸福感は快楽主義的、または”Hedonic”なもので、目先の欲求を満たすことで簡単に得られるものだ。例えば「おいしいものを食べて幸せ」や、「欲しかったものが買えて幸せ」など、単純な自己満足がこれにあたる。2つめの幸福感は「人生に方向性や意味がある」「よりよい人間に成長できるような挑戦、または経験をしたことがある」「社会に貢献できるものがある」など、何らかの理由が満足感や安寧を生じさせる、”Eudaenomic”な幸福だ。被験者らはHedonicやEudaenomicな質問に答えてもらい、幸福の度合いを0（一度も感じたことがない）から5（毎日感じている）まで段階評価するよう指示された。そして血液中の免疫細胞の遺伝子と相関性があるかどうかを調査した。幸福の種類によって免疫細胞の遺伝子スイッチが変化するのはにわかに信じがたいが、コール博士らが研究で得た結果とはそういうものだ。物欲を満たすことや、おいしいものを食べるという行為で得られる短期で浅いHedonicな幸福では、免疫細胞が活性化するどころか孤独感を感じているのと同じようなエピゲノムのパターンが見られた。逆に社会に貢献することで人生に意味を見出すような、深い満足感を伴うEudaenomicな幸福感では、炎症反応に関連する遺伝子が抑えられ、抗ウイルス反応に関連する遺伝子はより活性化されていた。コール博士とともに研究に携わったバーバラ・フレドリック博士は、同じ幸福感でもまったく別の結果が出たことに対して最初は驚いたという。Hedonicな生活を送っている被験者でも「人間として満たされた生活を送っている」と述べており、免疫システムにネガティヴな影響があるとは思いもしなかったのだ。しかし目の前の欲求が満たされることで得られる幸福感には、何らかの代償があるのだろう。手っ取り早く得られるHedonicな幸福感とは、いわばストレスによる過食で得られる虚しい満足感のようなものだという可能性がある。本人の自覚はなくとも、それは免疫細胞の遺伝子には発現していたのだ。
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生物はエピジェネティクスにより常に変化しているこれまでわたしは、外因的な環境変化や内因的な深層心理が、エピジェネティクスに変化をもたらす例を述べてきた。同じ環境にいるからといって、同じ遺伝子が発現するとは限らない。個人の主観的な孤独感の度合いにより免疫細胞の遺伝子が反応したように、人の経験というのは、出来事に対して十人十色だからだ。同じ遺伝子をもつ一卵性双生児やクローンでも、考え方や性格が異なり、嗜好や行動パターンに違いが見られるのは、環境や主観的な経験により、遺伝子のスイッチが変換されるせいだといえるだろう。では、われわれはどうしてこのように進化したのだろう？ 仮説はいくつもあるだろうが、そのひとつに「目まぐるしく変化する社会環境にいち早く順応するため」というのがある。われわれの細胞は毎日死に、そして毎日新しいものが生まれる。新たに分裂した細胞には、エピゲノムの情報が正しく刻まれ、それはまた新たな細胞をつくり出す。生物とは、環境や経験を分子バイオロジーへと変換する、いわば生体マシンともいえるかもしれない。エピジェネティクスの分野は、シーケンス技術の進化に伴い黎明期を迎えたばかりだ。今回ご紹介できたのは、多くの研究のうちのほんの一部に過ぎないが、そのどれもが環境に対応する遺伝子レヴェルの流動的な変化を示唆している。これからさまざまなことが明かされていくだろう。例えば個々の努力。深い孤独感や幸福感でみられたように、多大なる努力とはエピジェネティクスな変化を促し、それは次世代に遺伝するのだろうか。人間は努力することにより、突然変異よりも高い確率で、“進化”できるのだろうか。ふたりの親から受け継いだ遺伝子は、あなたがどのように生きるかによって、環境や経験が装飾され2つのらせんに刻印される。いずれにせよ、個人が人生を生き抜いたあと、時間を止めたDNAは、この世に存在したどのDNAとも似つかない、世界で唯一のあなたの歴史が正確に刻まれた、分子生物史といえるのではないだろうか。
