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細胞内をリサイクルする仕組み「オートファジー」の不思議

細胞内で生じる“ゴミ”を分解して再利用

 北村 昌陽=科学・医療ジャーナリスト

東京工業大学栄誉教授の大隅良典氏がノーベル生理学・医学賞を受賞しました。その授賞理由になった「オートファジー」についての解説記事を掲載いたします。

突然ですが問題です。人間の体は何で作られているでしょうか? 一番量が多い成分は水ですが、体の構造や機能を支えているのは、たんぱく質。体を作る最も主要な素材です。大事なものは大切に扱う。だから体はたんぱく質をリサイクルして大切に使っています

アミノ酸は貴重な資源
壊したたんぱく質は再利用される
体の中のたんぱく質は、常に合成と分解を繰り返している。その量は1日約200g。つまりたんぱく質の材料供給源として、分解からのリサイクル量は、食事からの摂取量(1日約70g)より多い。(イラスト:江田ななえ)
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 食べ物で食べるたんぱく質は、体を作る材料になる。だから毎日きちんと食べましょう--というお話は、皆さんどこかで聞いたことがあると思う。これはもちろんその通り。

 でも、実は私たちの体内には、食事を上回る量の"たんぱく源供給元"があるという。それが「オートファジー」だ。

 東京大学医学部教授の水島昇さんによると、「オートファジーは今とてもホットな研究分野。医学や生物学の教科書が書き換えられつつあるのです」という。そのホットなお話を聞いてみよう。

細胞内で生じる"ゴミ"を分解して再利用

 人体は約60兆個の細胞でできている。「細胞」というと多くの人が、学生時代の教科書などで目にした顕微鏡画像を思い浮かべるだろう。その画像ではきっと、中が透けて見えていたはずだ。そして"透明"というイメージから、細胞の中はさらさらの水分で満たされているような印象を持っていると思う。

 でも実は、細胞の内部はドロドロ。肉をフードプロセッサーにかけるとドロドロになるが、あんな感じなのだという。

 「たんぱく質の分子が高濃度で溶けています。細胞の内部は、どこもかしこもたんぱく質です」

 たんぱく質は、20種類のアミノ酸が数十から、ときには数千個もつながってできる分子の総称。つながるアミノ酸の順番によって、たんぱく質の種類が決まる。人間の体内には2万種以上のたんぱく質があり、それぞれが違う働きをしている。

 ここで大事なポイント。たんぱく質は劣化しやすい分子で、熱や酸化ストレスの影響で簡単に変性してしまうのだ。だから細胞の中では、時間とともに変性たんぱく質が蓄積していく。「それをきれいにするのがオートファジーです」

 オートファジーはこんな感じで起きる。細胞内の空間に隔離膜という膜がおもむろに出現し、周囲を包みこむ。そのあたりにあるたんぱく質ごと、膜の中に封じ込めるのだ。そこにリソソームという別の小胞が合体。リソソームが持ち込んだ分解酵素によって、包みこまれたたんぱく質が分解される。

 分解産物(アミノ酸)は、新たなたんぱく質の材料になる。つまりオートファジーは、お掃除と同時に、リサイクルシステムでもある。「体内で分解されるたんぱく質は1日約200g。この半分弱ぐらいは、オートファジーが分解していると思われます」

 オートファジーには、ランダムに起きるタイプと、古くなったターゲットを狙って壊すタイプがある。前者は、たまたま膜の中に入ったものを、古いものも新しいものもまとめて壊す。けっこうアバウトなやり方だ。

 「細胞内は、変性たんぱく質がそこらじゅうで発生します。大雑把なやり方でも、掃除として十分機能するのでしょう」

 なるほど。常にスクラップ&ビルドをしていれば、全体として鮮度が保たれるというわけか。体の営みというと何となく"精密なもの"というイメージがあるけれど、こんなおおらかな方法がしっかり機能するのも、なんだかおもしろい。

 一方、後者は最近になって知られてきたタイプで、傷んだミトコンドリアなどを特別に標識し、取り込んで壊す。より洗練されたアプローチといえる。

生まれた直後の赤ちゃんは分解がピークになる

 オートファジーの活性は常に一定ではない。例えば絶食状態が続くと、一過性に高くなる。人間の一生で見ると、生まれた直後の新生児のときに、非常に活発になっているという。

掃除しながらリサイクルする「オートファジー」
「オートファジー」は掃除屋包んだ成分をすべて分解
オートファジーは、隔離膜の中に入ってきた成分を、えり好みせず、すべて分解する。結果として、変性たんぱく質などの"ゴミ"の量を、一定レベル以下に抑えていると考えられる。
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生まれた直後の赤ちゃんはオートファジーが活発になる
出生後の赤ちゃんは、体の中のたんぱく質の一部を、胎児型から成人型へごく短期間で入れ替える。このときオートファジーの活性が高まって、胎児型のたんぱく質を一気に分解する。
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 「胎児にとって子宮の外は全くの別世界。新しい生活に合わせて、体を作り替える必要があります」。このとき細胞の中身も急速に入れ替わっているらしい。そのため、胎児型のたんぱく質を壊す大規模なオートファジーが起きるのだ。

 新しい体になるときは、まず古いものを壊す。ほぉ、何だかありがたいメッセージにも聞こえるぞ。オートファジー、覚えておこう。

(出典:『スゴイカラダ』日経BP社 2014年4月発行、一部を著者が改変)

北村 昌陽(きたむら まさひ)
科学・医療ジャーナリスト
北村 昌陽(きたむら まさひ) 1963年北海道生まれ。91年京都大学大学院理学研究科博士課程単位取得退学。専攻は生物物理学。92年日経BP社入社。日経メディカル編集部を経て、2000年より日経ヘルス副編集長に就任。ダイエット、エクササイズ、メンタルヘルスなどの特集や連載を担当。2009年退社。現在、医療・健康ジャーナリストとして活躍している。著書に『カラダの声をきく健康学』(岩波書店)がある。

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