糖尿病は遺伝する!?実験で判明した遺伝子のからくり

みなさん、突然ですが質問です。

「今まで健康だった夫婦が、不摂生な生活をして糖尿病になりました。その後、夫婦に子供ができました。その子供に糖尿病は遺伝するのでしょうか？」

実は、この質問は医学会では賛否両論が出ていました。

糖尿病とは「血糖を調節するホルモン『インスリン』の作用不足の結果、高血糖がずっと続いてしまう病態」のこと。インスリンそのものがでない「1型糖尿病」とインスリンの体への効きが悪くなる「2型糖尿病」に分かれます。

過去の疫学研究から片親が2型糖尿病なら2-3倍、両親が2型糖尿病なら3-4倍、子が糖尿病を発症しやすいことがわかっています。

しかし、これは遺伝子の要因だけでなく「両親が糖尿病なら、子供も糖尿病になりやすい食生活を送りやすい」という環境因子の可能性も大いに含まれています。

そのため、後天的に糖尿病になった方の遺伝情報まで引き継がれるとは、強く考えられていなかったのです。

最近の研究では「親の生活習慣による体質の変化も遺伝情報として子供に引き継がれる」ということで非常に話題になっています。

※下記参考あり（日本内分泌学会「2型糖尿病」）

マウスの実験で糖尿病などの親の病気体験が子に遺伝することがわかった

病気体験が子に遺伝することがマウスの実験で証明された論文が2022年5月に発表されました。

この実験では、もともと健康な妊娠前のメスマウスに、膵臓のB細胞を毒素で破壊し、血糖を抑えるホルモン「インスリン」をつくらせないようにします。すると、インスリンがつくられませんから、そのメスマウスは糖尿病になりますね。

次にそのメスマウスから卵子を取り出し、健康なオスマウスの精子を体外受精させて、代理母の子宮に移植しました。つまり、生まれた子供が糖尿病である場合、その原因は「外からのダメージによって糖尿病になったメスマウスの卵子」にあると言えます。

はたして子供は糖尿病になるのでしょうか？
結果は…、なんとその子供も上手く糖代謝ができなくなるのです。
つまり、「インスリンをつくらせないようにされた親の体験は、子の遺伝子にも影響を与えた」ということになります。「遺伝子は生まれた時から同じ」と考えられていただけに、非常に画期的な発見といえるでしょう。

では、背後にどんなメカニズムがあるのでしょうか？それを知るには「遺伝子とは何か」から知る必要があります。

遺伝子とは

遺伝子はよく耳にする言葉ですが、簡単に説明することができますか？
遺伝子とは「人間の体をつくる設計図に相当するもの」のことです。

人間の身体は、「細胞」が集まってできています。この細胞の「核」と呼ばれる部分に「染色体」があり、染色体の中に遺伝子が格納されています。人間には、2万〜2万5,000個もの遺伝子があり、遺伝子の情報をもとに人間の基本的な性質が決められています。

では、遺伝子とは何からできているのでしょうか？

その大本になるのが「DNA」です。
DNAは、デオキシリボ核酸（DeoxyriboNucleic Acid）の略です。これは糖(デオキシリボース)とリン酸と塩基の3つから成り、塩基の種類によってA（アデニン）、T（チミン）、G（グアニン）、C（シトシン）の4種類に分かれます。ATGCはパソコンでいう「0」と「1」で構成されるデータの1つ1つの代わりです。例えば「ATCGATTTTGCGC…CGCGTTAA」のような配列がデータとなります（これを「塩基配列」と言います）。この状態は1本の鎖であると言えます。この鎖は相補的なもう一つの配列とAとT、GとCのペアで水素結合し、2重の鎖を形成しています。

この配列（データ）の全てが遺伝子（必要な情報）というわけではありません。DNA配列中の必要なデータ領域が、体の設計図として機能しており、それらを「遺伝子」と呼んでいます。実際には、DNAの情報はRNAに転写され、さらにRNAからタンパク質がつくられて体のあらゆる働きにかかわってきます。

さらにDNAはヒストンというタンパク質に巻き付いた状態で、細胞の中の「核」の中に折りたたまれています。この遺伝子の集合体が「染色体」です。

また、生物が持っている全塩基配列、つまり「体をつくる設計図」にまつわる全ての情報のことを「ゲノム」と言い、幅広く現代社会に活用されています。

例えば、創薬や医学の分野。あらかじめがんの遺伝子を解析して「そのがんに効果的な薬」を開発したり、人そのものを解析して「将来この人は、こういう病気になりやすい」ということを予測できたりします。

しかし、「遺伝する要素は生まれた時から決まっている」というこのゲノム理論だと、先ほどの「体験」がこどもに引き継がれる理由を説明することができません。

それを説明するために、近年解明されつつあるのが「エピゲノム」です。

※下記参考あり（中外製薬「ゲノムとは？」、東京女子医科大学ゲノム診療科「遺伝子とは」）

近年わかってきた「エピゲノム」の世界

出典：群馬大学　生体調節研究所

エピ（EPI）とは「後から・付加された」という意味です。つまりエピゲノムとは「ゲノムに加わる情報」のことです。

例えば、先ほどのゲノムに関する内容では説明できないことがあります。「遺伝子が体を決める」とすると、全ての細胞が同じ遺伝子を持っていることになりますね。

では、例えば、どうして各細胞が「手の細胞になる」とか「目の細胞になる」などが自然とできるのでしょうか？それを説明するのが「エピゲノム」です。つまり、遺伝子には後から付け加わる要素があるということです。

実は、どの細胞でもすべての遺伝子が同じように働くというわけではありません。例えば「目の細胞」なら「Aの遺伝子は必要だけどBの遺伝子は必要でないから使わない」など、細胞の種類によって大きく異なります。

そのため「どの細胞がどの遺伝子を使うのか、または使わないのか」、つまり遺伝子の「オン」と「オフ」を決めるために、DNAやDNAをとりまく「ヒストン」というタンパク質に特殊な「印」をつけることで、遺伝子を使い分けているのです。

さらに「印」の種類を変えることでも遺伝子の重要性を区別したり、働きを変えたりなどの調節を行っているのです（メチル化、アセチル化など）。

こうした遺伝子の働きを調節する機能が「エピゲノム」です。環境の変化に応じて遺伝情報も調節できるように体の仕組みがすでに備わっているのですね。

エピゲノムの世界で重要な「メチル化」「アセチル化」とは？

エピゲノムの世界で最も重要な「メチル化」「アセチル化」について追加説明します。
エピゲノムは「遺伝子を様々な方法で後から制御する方法」であることは理解できたと思います。

メチル化は、そのエピゲノムの中で「遺伝子を抑制する代表的な方法」の1つです。DNAのメチル化では、4つの塩基の中のC（シトシン）についている水素がメチル基（CH₃）に変わることを言います。

メチル基に置き換わった遺伝子は、その働きが制御されます。

もう1つ重要なエピゲノムでの制御方法が、「アセチル化」です。アセチル化では遺伝子を取り巻くタンパク質「ヒストン」に「アセチル基」がくっつくことで、逆に遺伝子の発現を促進します。

なぜタンパク質なのに遺伝子の働きを強くするのか？それはヒストンにアセチル基がくっつくと、ヒストンとDNAの間の電気的なつながりが薄れることで、RNAを合成する因子がDNAと結合しやすくなるからです。

このように、DNAそのものにくっついて制御したり、DNAをとりまくタンパク質に関わって遺伝子発現の制御を行う。これが「エピゲノム」です。

親の病気体験が子に遺伝する理由は？

さて、このようなエピゲノムの世界が理解できると「どうして親の病気体験が引き継がれたか」が理解できるでしょう。

外からインスリンをつくらせないようにダメージを与えられた「体験」が、エピゲノムの1つである「メチル化」を通して「糖尿病を抑えるのに必要な遺伝子」が封印されてしまっていたのでした。

こうしたエピゲノムを通じた遺伝子のオン、オフ制御の変化のことを「エピジェネティックな変化」と言います。この変化が卵子や精子にも起きていると、「封印された遺伝子」も受精卵に引き継がれ、子供の遺伝子にも大きく影響を与えるというわけなのです。

こうしたメカニズムはマウスの話だけではありません。

例えば、糖尿病を発症している人間の卵子を採取し、精子と受精させて、受精卵を作製、その受精卵の初期胚の遺伝子が「封印」されているか確認しました。

すると、マウスの場合と同じく「糖尿病を抑えるのに重要な遺伝子」が強くメチル化され「封印」されていたのです。

つまり、マウスと同じような「エピジェネティックな変化」が人間にも起こるだろうと考えられています。

エピゲノムは今後人間社会にどのように応用される？

では、こうしたエピゲノムの世界は、今後人間社会にどのように応用されていくのでしょうか？

こうした技術を通して今行われている取り組みが「エピゲノム編集」です。簡単にいうとメチル化やアセチル化などを通して、狙った遺伝子の働きを自由に「オン」「オフ」できるようになれば、再生医療や病気の治療に役立つだろうとする理論です。

かつて、遺伝子を改変して病気の治療に役立てようとする「ゲノム編集」という考え方がありました。しかし、遺伝子そのものを変えてしまうと、遺伝子を元に戻すことは到底できません。しかし、遺伝子を「修飾」するだけであれば、メチル化などの「マーカー」をつけ外しするだけで調節することができます。遺伝子そのものをいじるよりは、技術的にも可能性は高いでしょう。

もし遺伝子を自由に「オン」「オフ」できるように調節できるようになったら、
例えば
・がんができやすい遺伝子だけ「オフ」にすることでがんを抑えることができる
・将来かかる疾患を予測し、それが発現しやすい遺伝子を「オフ」にすることで、予防につなげる
・将来の子供が病気にならないように、遺伝子を調節する
などということも可能になるかもしれません。

＜編集部よりひとこと＞
エピジェネティクスに関しては、詳しい解説記事もあります！
リケラボ用語集　エピジェネティクス

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