「細胞の自食作用」であるオートファジーの研究が注目されています。理由は、がんや認知症、糖尿病といったさまざまな病気の治療や発症の抑制につながることが期待されており、社会のニーズが高いためです。2016年には、オートファジー研究の功績により日本人研究者がノーベル賞も受賞しています。今回は、オートファジーの基礎知識や現在進められている研究などを説明します。
「オートファジー」は、細胞のリサイクル機能のこと
オートファジーを一言でいうと、生物の細胞が持つ「細胞のリサイクル機能」のことです。古くなった細胞や傷んだ細胞などを、細胞が自ら分解するシステムを指します。オートファジーによってタンパク質はアミノ酸に分解され、改めてタンパク質の材料としてリサイクルされたり、栄養として利用されたりするのです。
ちなみに、ギリシャ語で「オート（auto）」は「自分」、「ファジー（phagy）」は「食べる」の意味で、日本語にすると「自食作用」となります。細胞が自分の細胞を食べる（＝分解する）ところからこう呼ばれています。
古いタンパク質をアミノ酸に分解する仕組み
オートファジーの仕組みを、もう少し詳しく説明しましょう。
まず、細胞の中に「隔離膜」と呼ばれる膜が出現して、それが細胞内の不要なタンパク質などを包み込みます。タンパク質などを包み込んだ膜は「オートファゴソーム」という袋状になります。オートファゴソームが、「リソソーム※」というさまざまな分解酵素を含んだ細胞内の小器官と融合すると、オートファゴソームの中のタンパク質は分解されて、アミノ酸になります。
オートファジーの役割は大きく二つあります。一つは、すでに述べたように古くなった細胞を新たに生まれ変わらせること。また、もう一つは栄養が不足したときに、細胞内のタンパク質を分解して栄養を確保することです。人間がある程度の時間、何も食べなくても生きていられるのは、オートファジーの仕組みがあるからということがわかっています。
※酵母細胞の場合は「液胞」が、「リソソーム」と同じ働きをします。
＜オートファジーの謎 その働きを解明する／SCIENCE CHANNEL（JST）＞
大学入試の「生物」でオートファジーが出題されたことも
過去には、大学入学選抜の「生物」でオートファジーに関する問題が出題されたこともあります。例えば、2016年の早稲田大学理工3学部や2018年の大阪医科大学、川崎医科大学などです。出題の頻度は高くはありませんが、生物で受験を考えている人にとっては「オートファジー」は押さえておきたい知識の一つといえるでしょう。
日本人研究者によって飛躍的に進んだオートファジー研究
細胞にオートファジーという現象が起きることは、1960年代前半までにはベルギーの細胞生物学者クリスチャン・ド・デューブ氏によって確認されていました。しかし、オートファジーがどのように起きるのかという部分については、その後30年以上、詳細な仕組みは謎のままでした。
長い間、動きがなかったオートファジーの研究を大きく前進させたのは日本人研究者でした。オートファジーの基礎研究の分野では、現在も日本が世界をけん引し続けています。
オートファジーの仕組みを解明してノーベル賞を受賞
オートファジーの仕組みを解明したのは、東京工業大学科学技術創成研究院の大隅良典栄誉教授です。大隅教授は、酵母細胞の中にあるタンパク質などが分解されて、新たなタンパク質が生まれるというオートファジーが起きる瞬間を、顕微鏡で観察することに初めて成功しました。
また、大隅教授はオートファジーの制御に必要な「ATG」と呼ばれる遺伝子群も特定しました。大隅教授の研究成果によって、世界的にもオートファジー研究が盛んになっていったのです。
「オートファジーの仕組みの解明」の功績により、大隅教授は2016年にノーベル医学・生理学賞を単独受賞しています。
産官学連携で、日本のオートファジー研究成果の事業化を推進
オートファジーの仕組みが解明されたといっても、まだまだわからないことも多く、現在も基礎研究が続いています。前述のとおり、オートファジーの基礎研究では日本が世界をリードしています。一方、オートファジーの研究成果を事業に結びつけるという点では、世界に後れを取っているようです。
この状況を変えようと、2020年には研究者らが中心となって、一般社団法人日本オートファジーコンソーシアムを設立しました。大学と企業、そして国が一体となった「オールジャパン」の体制で、オートファジー関連の特許出願や研究成果の事業化などに取り組んでいくとしています。
・一般社団法人日本オートファジーコンソーシアム
https://autophagy-conso.com/
オートファジーをさまざまな病気の治療や発症の抑制に生かす
オートファジーは、がんをはじめ細胞の異常によって起きるさまざまな病気にも大きく関わっていることがわかっています。特に近年では、免疫性疾患や神経変性疾患などとの関連が注目されています。オートファジーのメカニズムを病気の治療や発症の抑制などに生かそうと、多くの応用研究が進められています。
具体的な病名としては、例えばがん、認知症、パーキンソン病、糖尿病、肥満、感染症などです。また病気ではありませんが、アンチエイジング（老化防止）と結びつけた研究も行われています。
ここでは、現在進行形の研究の中から今年（2022年）論文が発表された二つの研究を簡単に紹介しましょう。
オートファジーが骨粗しょう症を抑制するメカニズムを解明
大阪大学大学院医学系研究科などの研究グループは、オートファジーによって骨芽細胞（骨を作る働きを持つ細胞）が活性化するメカニズムを解明したと発表しました。
同研究グループでは、オートファジーを抑制するタンパク質「ルビコン」を発見しています。ルビコンが欠損した状態の特殊なマウスを使った実験・調査で、ルビコンの抑制によって骨粗しょう症が改善することを確認しました。
この研究をさらに進めることで、今後は骨芽細胞のオートファジーだけを促進させるような骨粗しょう症の治療薬開発などが期待されます。
・オートファジーにより骨粗鬆症が抑制される ～骨芽細胞がオートファジーによって活性化するメカニズムを解明～（大阪大学大学院医学系研究科）
https://www.med.osaka-u.ac.jp/activities/results/2022year/yoshimori2022-1-18
がん細胞のオートファジーを抑えて、抗がん剤の効果を高める
岐阜薬科大学は、富山大学や産業医科大学、岐阜大学などとともに、六大学で共同研究を行い、がん細胞のオートファジーだけを抑制する阻害剤を開発したと発表しました。
がん細胞でオートファジーが働くと、がん細胞が活性化してしまいます。そのため、がん細胞に対してはオートファジーを抑制したほうがよいことがわかっています。これまでもがん細胞のオートファジーを抑える阻害剤はありましたが、他の機能にも影響してしまうことが問題でした。しかし、同大学の研究グループは、長崎大学が独自に開発したスーパーコンピューターを活用して21万種の化合物から有効な種類を見つけ出し、がん細胞のオートファジーだけを阻害する新たな有機化合物を作り出すことに成功しました。
今後は臨床試験などを経て、抗がん剤などと併用してがん治療の効果を高める薬の開発・実用化が期待されています。
・【研究成果】オートファジーを狙って、がん細胞にとどめを刺す！！
https://www.gifu-pu.ac.jp/news/2022/03/research-20220314-01.html
「オートファジー」を学べる大学の学部、学科
基礎研究をしたいのか、応用研究に取り組みたいのかによって、選ぶべき学部は変わってきます。まだまだ謎が多いオートファジーの仕組みそのものを解明したい、つまり基礎研究を行う場合は生物学部や理学部／理工学部の生物学科などが一般的です。
一方、オートファジーの仕組みに着目して、病気の治療や創薬の研究に応用したいと考えるのであれば医学部を選ぶとよいでしょう。また一部の大学には、医学部と生物学部を連携する存在ともいえる生命科学部があります。生命科学部でもオートファジーの研究が可能です。
参考
オートファジー－ノーベル賞を受賞した大隅栄誉教授の研究とは （東京工業大学）
https://www.titech.ac.jp/news/2016/036467
