【テクノロジー解説】体内時計はどう動く?ショウジョウバエで見つけた時計の遺伝子「period」。夜にたまって昼に分解されるタンパク質が、自分で自分をおさえて約24時間のリズムをきざむ(2017年ノーベル生理学・医学賞)
地球の生き物は、昼と夜のくり返しに合わせて生きています。わたしたちの体にも、1日のリズムを先読みして合わせる「体内時計」があります。2017年のノーベル生理学・医学賞は、そのしくみを明らかにしたホール博士、ロスバッシュ博士、ヤング博士に贈られました。ショウジョウバエから時計の遺伝子「period」をとりだし、その遺伝子がつくるタンパク質PERが、夜にたまって昼に分解されることを発見。PERが自分の遺伝子の働きをおさえる「くり返しのしくみ」で、約24時間のリズムが生まれます。体内時計は、睡眠、体温、ホルモン、代謝などを調節しています。
プレ男海外旅行のあと、時差ボケがつらかった。体の中に時計があるって、どういうこと?
メル美体内時計のしくみは、ハエの研究でわかったんだって。
こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は体内時計のしくみです。2017年のノーベル生理学・医学賞の発表をもとにまとめました。
暗やみでも葉を開くオジギソウ
- 地球の生き物は、地球の自転(昼と夜のくり返し)に合わせて生きています
- 18世紀、天文学者のド・メランは、オジギソウの葉が昼に開き、夕方に閉じることに注目しました。ずっと暗やみに置いても、葉はいつもどおりのリズムで開いたり閉じたりしました。植物にも、自分の時計があるようでした
- その後、動物や人にも、1日のリズムを先読みする時計があることがわかりました。このリズムを「概日リズム(サーカディアンリズム)」といいます。ラテン語の「およそ(circa)」と「1日(dies)」からきた言葉です
- でも、その時計がどう動いているのかは、なぞのままでした
ハエで見つけた時計の遺伝子「period」
- 1970年代、ベンザー博士とコノプカ博士は、ショウジョウバエで、ある遺伝子が変わると体内時計がくるうことを見つけ、「period」と名づけました
- 1984年、ジェフリー・ホール博士とマイケル・ロスバッシュ博士(ボストンのブランダイス大学)、マイケル・ヤング博士(ニューヨークのロックフェラー大学)は、このperiod遺伝子をとりだすことに成功しました
- ホール博士とロスバッシュ博士は、period遺伝子がつくるタンパク質PERが、夜にたまり、昼に分解されることを発見しました。PERの量は、24時間の周期でふえたり減ったりしていたのです
プレ男タンパク質の量が、時計の針みたいにふえたり減ったりしてるのか!
自分で自分をおさえる「くり返しのしくみ」
- 2人は、PERが自分の遺伝子(period)の働きをおさえると考えました
- period遺伝子が働くと、PERがつくられる
- PERがたまると、細胞の核に入り、period遺伝子の働きを止める
- PERがつくられなくなり、減っていく → また遺伝子が働きはじめる
- こうして、自分で自分の量を調節するくり返し(フィードバック)が、リズムを生みます
- 1994年、ヤング博士は2つ目の時計の遺伝子「timeless」を発見。そのタンパク質TIMがPERとくっつくと、2つは核に入れることを示しました
- さらにヤング博士は、PERがたまるのをおくらせる遺伝子「doubletime」も見つけ、リズムが24時間に近づくしくみの手がかりを得ました
- 同じしくみは、人をふくむほかの多細胞生物の細胞でも働いています
体内時計が調節していること
- 行動、ホルモンの量、睡眠、体温、代謝などの大切な働き
- 外の時間と体内時計が一時的にずれると、時差ボケのように体調に影響します
- 生活のリズムと体内時計が長くずれ続けることは、さまざまな病気のリスクが高まることと関連する、という報告もあります(2017年当時)
体内時計は、タンパク質PERが夜にたまって昼に分解され、自分の遺伝子の働きをおさえるくり返しで、約24時間のリズムをきざみます。睡眠や体温、ホルモンなどを調節しています。
朝起きられない悩みと体内時計の関係は朝どうしても起きられないのは、体内時計のせい?へ。
つながるテクノロジー
- 細胞が酸素を感じるしくみ:細胞はどうやって「酸素が足りない」と気づく?
- 温度や触覚のセンサー:温度と触覚のセンサーの発見
プレ男小さなハエが、人の時差ボケのなぞを教えてくれたんだね。
メル美オジギソウの実験は18世紀なのもおどろき。
まとめ
- 生き物には、1日のリズムを先読みする体内時計(概日リズム)がある
- 1984年、ショウジョウバエから時計の遺伝子periodをとりだした
- タンパク質PERは夜にたまり昼に分解。自分の遺伝子をおさえるくり返しでリズムが生まれる
- timeless(TIM)、doubletime(DBT)も発見。人も同じしくみ
- 睡眠・体温・ホルモン・代謝を調節(2017年ノーベル生理学・医学賞)
参考文献
- The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2017/press-release/ (閲覧日:2026年10月10日)
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