喘息や心臓発作などが早朝に起こりやすい理由を解明
最後に見直したもの： 02.07.2025
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ワイツマン科学研究所のガド・アッシャー教授の研究室の研究者たちは、重要な発見をしました。概日リズムの重要な構成要素であるBMAL1と呼ばれるタンパク質が、酸素欠乏に対する体の反応を制御しているのです。Cell Metabolism誌に掲載されたこの発見は、多くの酸素欠乏状態が時間依存的である理由を説明する上で役立ちます。
概日リズムと酸素欠乏の役割
概日リズムは、体内のすべての細胞のプロセスを制御する24時間周期の分子メカニズムです。細胞の「時計」として知られるタンパク質BMAL1は、酸素不足時に活性化するもう一つの重要なタンパク質であるHIF-1αと相互作用します。
- HIF-1α：通常の酸素レベルでは、このタンパク質はすぐに破壊されます。しかし、HIF-1αが欠乏すると、低酸素状態への適応を助ける遺伝子が安定化、蓄積し、活性化されます。
- BMAL1: 研究により、この概日タンパク質は HIF-1α の機能を強化するだけでなく、酸素欠乏に対する体の反応においても独立した役割を果たすことがわかっています。
マウスを使った実験
概日リズムと低酸素への反応の関係を研究するために、研究者らは遺伝子組み換えマウスの 3 つのグループを作成しました。
- HIF-1αは肝臓組織では生成されませんでした。
- BMAL1 を生成しませんでした。
- どちらのタンパク質も生成されませんでした。
結果：
- 酸素レベルが低下すると、BMAL1 の不在により HIF-1α の蓄積が妨げられ、低酸素に対する遺伝的反応が損なわれました。
- 両方のタンパク質を欠くマウスは時間帯によって生存率が低く、特に夜間の死亡率が高かった。
結論: BMAL1 と HIF-1α は体を低酸素から守る上で重要な役割を果たしており、概日リズムは酸素欠乏に対する体の反応に直接関係しています。
肝臓病理と肺とのつながり
研究者らは、肝臓に両方のタンパク質がないマウスでは、低酸素状態にさらされる前でさえも血中酸素濃度が低いことを発見し、死亡は肺機能障害に関連しているのではないかとの疑いを抱かせた。
- これらのマウスは肝肺症候群を発症した。これは肺の血管が拡張し、血流は増加するが酸素の摂取効率が低下する症状である。
- 分析の結果、肺での一酸化窒素の生成が増加し、血管拡張（血管の拡張）が増加したことが判明した。
研究の意義
- 病気の時間生物学：この発見は、低酸素症や喘息、心臓発作などの病気の患者が一日の特定の時間帯に症状が悪化する理由を説明しています。
- 疾患モデル: HIF-1αおよびBMAL1を欠損したマウスは、肝肺症候群を研究するための初の遺伝子モデルとなり、新たな治療の道を切り開きました。
- 治療の見通し: この研究は、肝臓と肺の間のコミュニケーションに関与するタンパク質を制御する標的薬が新たな治療選択肢となる可能性があることを示唆しています。
「概日リズム、低酸素症、そして臓器間の相互作用を結びつける複雑なメカニズムの解明は、まだ始まったばかりです」とアッシャー教授は述べた。「これらの発見は、酸素欠乏に関連する疾患の新たな治療法につながる可能性があります。」