ある世代で起きた出来事で永続的に子孫に影響を及ぼす遺伝子をオフにする研究

食生活・トラウマ・恐怖など、ある世代で経験された出来事が将来の世代の永続的な影響を及ぼす可能性がある、エピジェネティックな変化を捉えるツールの研究が行われています。

By mating nematode worms, they produced permanent epigenetic changes that lasted for more than 300 generations.

参照元：https://cmns.umd.edu/news-events/features/4812
– メリーランド大学 University of Maryland. July 9, 2021 –

食生活、有害物質への曝露、トラウマ、恐怖など、ある世代で起きたことが、将来の世代に永続的な影響を及ぼす可能性があることを示す証拠があります。

科学者たちは、こうした影響は、環境に応じて発生するエピジェネティックな変化に起因すると考えています。

エピジェネティックな変化とは、ゲノムやDNAの配列を変えることなく、遺伝子のオン・オフを切り替えるものです。

しかし、このような変化がどのようにして世代を超えて受け継がれていくのかは、これまで科学者がこの現象を研究する簡単な方法がなかったこともあり、よくわかっていませんでした。

メリーランド大学の研究者たちの新しい研究は、経験がどのように動物の生態に継承可能な変化をもたらすのかという謎を解明するためのツールとなる可能性を秘めています。

研究チームは、線虫を交尾させることで、300世代以上にわたって続く永久的なエピジェネティックな変化を作り出しました。

この研究成果は、2021年7月9日、学術雑誌「Nature Communications」に掲載されました。

UMDの細胞生物学・分子遺伝学准教授で本研究の上席著者であるAntony Jose氏は話します。

「遺伝性エピジェネティクスには多くの関心が寄せられています。しかし、明確な答えを得ることは困難です。例えば、私が今日、何らかのダイエットをしたとして、それが私の子供や孫などにどのような影響を与えるのでしょうか？非常に多くの異なる変数が関係しているため、誰にもわかりません。しかし私たちは、交配によって1つの遺伝子を何世代にもわたってオフにするという、非常にシンプルな方法を発見しました。これは、安定したエピジェネティックな変化がどのようにして起こるのかを研究する上で、大きなチャンスとなります。」

今回の研究で、ホセ氏のチームは、線虫を繁殖させている間に、いくつかの交配で子孫にエピジェネティックな変化が起こり、それが繁殖を続ける限り何世代にもわたって受け継がれていくことを発見しました。

この発見により、エピジェネティックな変化がどのように次世代に引き継がれるのか、また、永久的なエピジェネティックな変化を受けやすい遺伝子はどのような特徴をもっているのか、といったことを調べることができるようになります。

ホセ氏とそのチームは2013年に、動物の生態を理解するためのモデルとしてよく使われる線虫、線虫（C. elegans）を使ってこの研究を始めました。

彼らは、蛍光タンパク質を生成するTと呼ばれる遺伝子を持つように飼育した線虫が、光るときと光らないときがあることに気づいた。光る虫と光らない虫のDNAはほぼ同じだったので、不思議に思いました。

本研究の共同著者で、現在コロンビア大学のポスドク研究員であるSindhuja Devanapally（18歳、生物科学博士）は話します。

「交配するだけで何百世代にもわたって変化する珍しい遺伝子を偶然発見したことがすべての始まりでした。私たちは簡単に見過ごすことができました。」

研究チームは、この現象をより深く理解するために、母親か父親のどちらかだけが蛍光遺伝子を持つという交配実験を行いました。

研究チームは、どちらの親が遺伝子を持っていても、子孫は光ると予想していました。

ところが、母親が蛍光遺伝子を持っていると、子孫は常に光っていることがわかりました。

一方、父親がこの遺伝子を持っていると、子供は弱く光るか、まったく光らないことが多かったのです。

ホセ氏は話します。

「遺伝子の発現を制御するRNAベースのシグナルがあることを発見しました。これらのシグナルの中には、遺伝子をサイレンシングするものと、サイレンシングを防ぐための保護シグナルがあります。これらのシグナルは、子孫が成長する過程で互いに競い合っています。遺伝子が母親から来た場合は、保護シグナルが常に勝ちますが、遺伝子が父親から来た場合は、ほとんどの場合、サイレンシングシグナルが勝ちます。」

サイレンシングシグナルが勝つと、その遺伝子は永久に、あるいは少なくとも300世代にわたってサイレンシングされます。

これまでのエピジェネティックな変化の例は、もっと複雑であったり、2、3世代以上続かなかったりしました。

しかし、今回の発見により、エピジェネティックな遺伝の詳細を調べる上で、これまでよりもはるかに有利な立場に立つことができました。

本研究のもう一人の共同研究者であり、現在フレッド・ハッチンソンがん研究センターの博士研究員であるPravrutha Raman（19歳、生物科学博士）は話します。

「私たちは、ほぼ永久的にサイレンシングできる一連の遺伝子を発見しましたが、他のほとんどの遺伝子は同じようには影響を受けません。サイレンシングされた後、それらは立ち直り、将来の世代で発現するようになります。」

今回の発見により、研究者らは、永久的なエピジェネティックな変化を受けやすい遺伝子がある一方で、数世代以内に回復する遺伝子もあると考えています。

今回の研究は、ヒトと同じようにはいかないものの、すべての動物が少なくとも部分的には共有しているであろう生物学的プロセスを解明するものです。

ホセ氏は話します。

「今回の研究で得られた2つの大きな利点は、この長期にわたるエピジェネティックな変化が、交配によって容易に誘発されることと、それが単一の遺伝子レベルで起こることです。今では、この遺伝子を操作して、すべてをコントロールすることができます。そうすれば、遺伝的なエピジェネティックな変化に対して、遺伝子がどのような特徴をもっているかを明らかにすることができます。」

ホセ准教授らは、今後の研究によって、長期にわたるエピジェネティックな変化に弱いヒトの遺伝子を特定できる日が来ると期待しています。