19-17. ウイルス共生の歴史(少しミトコンドリア共生)

2020/5/22 rev.4
  Scienceの5月15日号に「Mitochondria to the rescue」(救助に向かうミトコンドリア)という論文が掲載されました。 読んでみたところミトコンドリアはエネルギーの産生だけでなく 細胞の損傷をレスキューする機能があることはかなり研究されてきたようです。 考えれば当たり前のことで、ミトコンドリアは人間と共生している以上、ウイルス同様宿主の人間に死なれては困るため、 共生している細胞内で損傷が発生すると、それを修復するために出動する、ということがどんどんわかってきているそうです。 共生レトロウイルスにも人体の損傷を修復する機能があるとウイルスの共生意義はますます高まるのですが、果たして.....。

Abstractを紹介します。
  原形質膜が破壊されると、致命的な結果が生じる可能性があります。 ただし、一部の細胞は、創傷部位を特に標的とする原形質膜修復反応を開始することができます。 ホーンらは、培養哺乳類細胞の原形質膜修復におけるミトコンドリアの役割を研究しました。 ミトコンドリアは、細胞質全体に分散した相互接続ネットワークを形成します。 原形質膜が破壊されると、カルシウムの局所的な流入により、急速なミトコンドリア分裂の局所的な波が促進されます。 分裂プロセスは、ミトコンドリアの分裂タンパク質Drp1によって媒介されます。 損傷部位では、局所的に断片化されたミトコンドリアが、細胞質からのカルシウムの流入を排除し、膜修復を促進する局所的な酸化還元信号を生成するのに役立ちます。 Drp1またはそのアダプタータンパク質を欠く細胞では、ミトコンドリアは断片化せず、原形質膜の損傷を修復できません。

2020/5/6 rev.3
  2020年4月6日の朝日新聞にウイルスの記事が出ました。新型コロナウイルスの関連記事として書いたのでしょう。 当サイトは、内在性レトロウイルスの啓蒙サイトでもありますので、さっそくこの記事をご紹介します。

まず当サイトの記事、フランク・ライアン著の「13-1.破壊する創造者(Virolution)」の内容から再度、復習します。
◆五章の下図のように、人類の遺伝子のなんと9%はウイルスの遺伝子(内在性レトロウイルスと分類されるRNAウイルス)だそうです。






















・機能遺伝子 1.5% 人間の体を構築するたんぱく質などの情報をつかさどるのは、たったこれだけ

・HREV 9% 人内在性レトロウイルス(Human EndogenousRetroVirusで、
      人類が過去に感染してきたRNAウイルスの名残だそうです。
・LINE 21% 長鎖散在反復配列(Long Interspersed Nuclear Element)で、何のために存在するのかわかってい
        ない。RNAウイルスの残骸ではなさそうですが、未知のコントローラーかもしれません。
・SINE 13% 短鎖散在反復配列(Short Interspersed Nuclear Element)で、これも存在理由不明で、やはり
        未知のコントローラーかもしれません。
・DNAトランスポゾン 3% 人間が過去に感染したDNAウイルスの残骸らしい。
             「トランス」は、遺伝子上で位置が移動できる 可動遺伝子なのだそうです。
              人類本来の遺伝子ではないのでこんな芸当ができるのだそうです。人類ではたった3%
              ですが、トウモロコシの遺伝子では実に50%がDNAトランスポゾンなのだそうです。
・不明 52.5% 当然過去があるはずですが、この著書では説明されていません。

  それにしてもわかっているのがゲノムのたった13.5%で、あとは何をしているのかわからない部分がほとんどとは、 人類の研究解析技術が解明するレベルにまだ達していないということなのでしょう。日本人遺伝子の全(塩基)配列も解析されたので、 これから知見は増えることでしょう。
  当ガラパゴス史観が最も興味があるのは、「心、精神、想像力、理解力」など、目に見えない人類特性のコントロールを つかさどる部分は、遺伝子上でどのように表現されているのだろうか?という点です。
  理研や日本医療研究開発機構等の先端研究を行っている組織の研究も身体的特徴とか代謝的特徴とか、 視覚的にとらえられたり、医学的な疾病であったり、どうしても目で追いかけられる機能に限られています。 これは仕方のないことで、見えないものは指標を立てるのが非常に難しいと思います。
  ダーウィン的進化の結果の現遺伝子というより、むしろエピジェネティクス的制御を行う部分が、 後天的な形質を獲得する都度作られ、反復配列という形で遺伝子に積算されてきたという可能性もあります。
 「心、精神、想像力、理解力」等に特徴のあるいろいろなタイプの人を徹底解析すると、 もう少し「ヒト」の遺伝子構造に近づけるかもしれません。

  HIVやHTLVもレトロウイルスですが、接触感染する「外来性レトロウイルス」の一種だそうです。
「レトロ(retro)」とは「逆の」という意味だそうで、DNA−RNA−タンパク質が基本サイクルですが、 逆転写酵素を使って自身のRNAをDNAに逆変換し、宿主の遺伝子と融合するようです。
  「外来性レトロウイルス」はさらに生殖細胞のレベルでも遺伝子の融合を起こすことができ、 これを「内在性化」と呼び、生殖細胞に定着し内在性レトロウイルスに変身し、宿主の遺伝子の一部として代々遺伝するため 永久に生き残れることができるようになるとのこと。

◆6章では、現在の進化論はダーウィンの進化論を発展させ、「自然選択」+「突然変異」+「(ウイルスとの)共生」と説明しています。
  これらのウイルス由来のトランスポゾンはなんと「メンデルの法則」に従いきちんと遺伝をするのだそうです。 と言うことは 人の遺伝子そのものに既になっている、と言うことになるのだそうです。 つまり人類が進化する過程で人遺伝子に組み込まれたウイルス由来遺伝子も一緒に進化を遂げてきた、ということらしいのです。 しかし内在性ウイルスが果たしてきた役割はまだ現在の遺伝学や生理学では解明できていないそうです。 この初めは外来性だったウイルスと、生物の遺伝子との共生行為を内在化「入植」と呼ぶのだそうです。 このウイルスとの融合の大部分は1000万年前にまでに起こっているのだそうですが、 AIDSのような極く最近発生した例もあり、 外来性ウイルスの感染時には必ず死に至る個体が発生し(感染症淘汰と呼ぶらしい)、生き残った個体中では共生状態になるのだそうです。

◆7章ではそのウイルスとの「共生」に関して以下のように説明しています。
・共生とは!
  「酸素呼吸細菌が単細胞の真核生物と10億年前頃に融合した」のがミトコンドリア。今でもmtDNAは細菌と同じ環状です。 エネルギー生産を分担しています。しかも卵子によってのみ子孫に受け継がれる、と言う特徴があります。
  融合して10億年もたつのに未だに核と一体化しない理由は、「酸素の毒性」にある、 つまり活性酸素やフリーラジカルが 病気の原因になるからのようです。 ところが、新しい細胞が生まれ古い細胞と入れ替わり、組織は常に健康を維持し続け られますが、その制御に深く関わり合っているとのこと。
  ミトコンドリアは今でも細菌としての性質を10億年も保ち続けているらしい。 そのためメンデルの法則に従わないミトコンドリア病を引き起こすそうです。 元々が細菌のため突然変異が起きや易く、エラーが生じ易いことに加え厄介なことに重要なタンパク質の合成に関与しているため さまざまな病気を引き起こす 原因になっているそうです。当ガラパゴス史観がまだ電子顕微鏡の研究者だった若かりし時代に 筋ジストロフィーのミトコンドリアの構造を見ていましたが、筋細胞中の ミトコンドリア内に結晶ができてしまい、 筋肉に酸素が供給できなくなるため、筋肉の委縮が起きてしまうのです。 ミトコンドリアの環状DNAも電子顕微鏡で観察をしていました。

  そして、もう一つ進化でミトコンドリア以上にもっと大事なのは「ウイルスとの共生」だそうです。 人の遺伝子に組み込まれた内在性レトロウイルスも人の遺伝子 と融合しているのですが、 やはりウイルスとしての性質を維持し続けているため、ミトコンドリア同様さまざまな病気の原因になるそうです。 その中で当ホームページに重要な関係がある例が男性の不妊症です。
  徳島大学医学部の科研費研究で、縄文人の主遺伝子であるY-DNA「D2」は他のハプロタイプに比べ男性の無精子症や、 もしくは精子生成能力が劣る乏精子症の発症が多いことが解明されています。男性の不妊症の大きな原因の1つにY染色体上の欠損がありますが、 雄の生殖器官の機能に内在性レトロウイルスが強く関わり合っており、Y染色体が減数分裂し新たなY染色体が出来る際に、 Y染色体が持つウイルス由来のHREVの部位で欠損が起こりやすいことが解っているそうです。 Y-DNA「D2」は残念ながらその欠損が起こる確率が高いのでしょう。

  こうしてウイルス由来遺伝子のHREVは何百万年もかけて現代人類の祖先の時代から共に進化をしてきたのだそうです。 研究者の間ではHREVは 統合失調症など深刻な精神疾患に関与しているのではないかという見方が拡がっているそうです。
  このように紹介するとウイルスは悪いことをしているように感じますが、役に立っている作用の方が多いのだそうです。 何故なら宿主が弱ってしまうと ウイルスも困るのだそうです。ところが残念なことにウイルスの力に負ける人間個体がある、 と言うのが事実のようです。ウイルスが人類に害を与えずに 完全に共生するのはもっと時間がかかるのか、あり得ないのか果たして....。
  「共生」は本来、人類の役に立つ非常に重要な形態のようなのですが、 現在このヒト内在性レトロウイルスに関する研究は世界中で精力的に行われています。 人類の進化に寄与している大切な役割はこれから研究が大きく進むでしょう。何が進化に寄与してきたのか解明する日も近いでしょう、 それを期待しましょう。

  生命体は遺伝子が生きるための仮の姿でしかないことをリチャード・ドーキンスが著書「利己的な遺伝子」で書いていますが、 人類の遺伝子はRNA+DNAウイルスと共生した遺伝子です。つまり「利己的な遺伝子」とは「利己的なウイルス遺伝子」、 つまりウイルス自身が生き残るために、我々人類は宿主として生かされているに過ぎない、ということになるのです。
  一方、最近の腸内細菌の研究で、我々の食べ物の嗜好は、人間としての自分個人の嗜好ではなく、 腸内細菌の嗜好で細菌が好きなものを要求しているに過ぎない、ということまで解明されつつあるようです。

  となると、人類の存在理由とは、
・共生しているミトコンドリアが生き残るための宿主として生かされている存在。
   エネルギーの供給を受けているので、持ちつ持たれつwin-winの関係にある。
・共生したRNA+DNAウイルスが生き残るための宿主として生かされている存在。
   人類にとっての恩恵は?です。当然人類にも多大な恩恵があるはずですが...。
   これは、つまりウイルスが感染したときに宿主の人類が死んでしまってはウイルスも生き残れないので困る、
   ということなのです。ウイルスが感染しても生き残る人間のほうが圧倒的に多いのは、この理由になります。
   生物は過去に、進化の途上で様々なウイルスに感染し、その集積の結果が現在の人類の遺伝子
   に組み込まれ共生している、ということなのです。
・共生している腸内細菌が生き残るために、細菌の好むものを嗜好として食べさせられている存在。
   つまり人間は自分自身の食べ物の嗜好と思い込んでいますが、実は腸内細菌群の好みに過ぎないのです。

  こうなると人類の存在理由は、「ウイルスや細菌が生き残るための宿主になっていること」、かもしれません。 人類は進化することで、地球上にはびこり、圧倒的な個体数で、宿主が増えれば増えるほど、内在化したウイルスも 安心して生き残れるのです。つまり宿主の人類が「地球上にはびこるという形の進化」は、ウイルスにとって極めて好ましいこと なのです。だから「人類の進化はウイルスによって推進されてきた」と言っても過言ではないのでしょう。

  以上のように、フランク・ライアンは本書でウイルスとの共生が人類の進化を引き起こしたかもしれないと書いています。 また朝日新聞の今回の記事の最後に、ヒトの進化もウイルスのおかげかもしれないと書いています。
  ウイルスとの共生進化論(Virolution)は、まだ定説化はされていないようですが、10〜20年後には定説化しているでしょう。

注:当サイトの記事「17-2. ミトコンドリアの起源は海洋」で紹介していますように、ミトコンドリアになった起源
  のバクテリアは海洋起源であることが報告されています。つまり動物の祖先が海で進化した時代に既に海中のバ
  クテリア(細菌)は共生し、動物は宿主として全身の全細胞内に居場所を提供するする代わりに、バクテリアは
  全エネルギーの産生・供給を受け持ち、動物が存在する限りミトコンドリアは代々生き残って行ける道を選んだ
  わけです。このためミトコンドリアは独自のmtDNAを持ちます。人類に細胞核に受け継がれるDNAと細胞質内の
  ミトコンドリアに受け継がれるmtDNAの2種類が存在するのはもともと別の生命体だったからなのです。
  これが細胞核のDNAそのものに遺伝子として組み込まれてしまったウイルスと、いまだにミトコンドリアとして
  独立して存在している細菌(バクテリア)の共生形態の違いなのです。
  しかも当サイトの記事「14-2. 男系のmtDNAが遺伝しないのは、"ゴミ"だからだった」でご紹介したように、こ
  のmtDNAは母親からのみ受け継がれ、父親のmtDNAは「ゴミ」として廃棄されてしまうことも解明されていま
  す。
  また別の記事「2-3. 日本民族mtDNAハプロタイプ頻度リスト」でご紹介したように、オリンピック出場経験のあ
  る日本人アスリート139人を持久力競技系と瞬発力競技系に分けて調べたところ、持久力系の選手は縄文系の
  mtDNA「M」系が多く、瞬発力系の選手は弥生系のmtDNA「N」系が多いことも報告されています。

  視点を変えて、脳の発達に関して考えてみます。
  チンパンジーと現代人の脳の大きさは生まれたときには300ccぐらいであまり変わらないそうですが、 成長すると人の脳はチンパンジーの脳(400cc程度らしい )の大きさの3.5倍程度に、約1000ccほど増大するのだそうです。 つまりチンパンジーと現代人の違いを表現するためには約1000ccの脳を必要とすると言うことです。
  チンパンジーと現代人は共通の祖先をもち700万年前頃に分離し、樹上生活を続けたグループの子孫がチンパンジーで、 樹上から草原に降りたグループの子孫が我々人類だそうです。なぜ樹から降りたのか決定的な答えにはまだ到達していないようですが、合理性の高い理由には、
1) 気候の変化で狭くなりつつある森林の樹上での縄張り争いに負けて樹下に追いだされた負け組。
2) 肉食獣の狩り見ていて肉食に興味を持ち、樹から降りてマネを始め常態化した、好奇心の強い組....等々。

  ともかく本来、木の実や昆虫などの雑食性だった食生活に肉食が加わったことがヒト化の最大の理由だと思われますが...。 樹上組と草原組は「破壊する創造者」によると、その後200〜300万年ぐらいは交雑していたそうです。 草原に降りたグループは当然まだ少人数だったため、近親婚による遺伝病の発生による弱体化・絶滅を防ぐために、 常に樹上残留グループから新しい個体を迎え入れ少しづつ人口を増やし、 交雑が不要となった別種として確立するのに200〜300万年ぐらい要した、ということなのでしょう。 こうしてアウストラロピテクスが誕生したのではないかと思われます。
  脳の増大と二本足になったのとどちらが早いのか、まだ決定的な結論は出ていないようですが。 脂質成分が非常に多い脳の増大と維持には摂取量の増加と恒常的な脂質の供給が必要なことから、 まず肉食化が始まり獲物の動物を獲得するために、現代のコイサン族などの狩りにみられるような、 素早く移動し追いかけるために、必要にせまられ二本足化しさらに発達したのではないか、と推測するのが今のところ合理的です。 (タンパク質の摂取は、草食の大型獣、ゾウやカバ等で分かるように肉食である必要は全くありません。)

  いずれにせよ樹上から降りた現代人の始祖が二本足で歩くようになったのは、恐らく樹上グループとの交雑が不要になり別種として確立できた頃でしょう。 アウストラロピテクスと現代のチンパンジーの脳はともに400ccぐらいであまり変わらないということは、 二足歩行した程度では脳の増大にあまり寄与していない、ということなのでしょう。 二足歩行はダーウィン的進化ではなくエピジェネティクス(後天的獲得形質)かもしれませんね。

  400万年前頃のアウストラロピテクスは、まだホモ種とは分類されていません。ホモ種として認定されるのはホモ・エレクトス(原人)以降です。 ホモ・エレクトスの脳は900cc前後らしいので、アウストラロピテクスやチンパンジーより500ccも大きくなっています。一体何が理由でしょう? それは、知的な能力の発現・発達によるものと考えるのが当然でしょう。しかし「何故?知的な能力が発現したのか!」はまだ合理的な説明はなく、結果からの推測だけです。
  非常に想像をたくましくすると、遺伝子の約52.5%を占める「不明」部分は、身体的な変化部分を表すのではなく、 知的な能力の発現・発達を記録した部分ではないかと考えると受け入れやすいのですが、果たして。。。。。?

下図は本書、十五章の進化の推進力図です。 内在性レトロウイルスは「共生発生」に当たります。
























内在性レトロウイルスの作用は、まだ解明はされていないようなのですが、本書では、

・胚発生のごく初期の段階では遺伝子の制御に関して、エピジェネティック(後天的な遺伝子制御作用)なメカニズ
 ムが働くことはなく、むしろ内在性レトロウイルスが胚発生の初期段階で非常に重要な役割を果たしているらしい
 がまだ解明されていない。
・受胎初日に受精卵は全く同じ細胞に2分割される。
・受胎後4日目には16個〜32個の細胞に増加し球体になる。
・翌日中が中空のゴムまり状の胞胚になる。外側は後に胎盤になる。
・その後何日間かで胚が子宮内膜に着床する(ここで内在性レトロウイルスが働くらしい)。
・子宮内膜が剥がれ落ちないように胚はHCG(ヒト絨毛性ゴナドトロピン)を分泌し、卵巣を刺激し月経を防ぐ。
 (昔研究者だったころに妊娠診断薬の開発を行いましたが、その時に妊娠診断マーカーに使ったのがHCGでし
 た。)
・受胎7日〜10日には胞胚の一部が中に窪む原腸陥入(後に肛門になる)が起こる。ここまでは全ての細胞は最初の受
 精卵のコピーだけであるが、原腸陥入が起こると重要な制御遺伝子が働き始め、それが作り出した化学物質によっ
 て、いよいよ遺伝現象が再生され始める。なんと肛門が最初に作られるのである。
・受胎後12週には肺と脳以外のほとんどの器官、身体の部分が出来上がり、後は大きく成長するだけになる。脳はあ
 まりに複雑なため誕生後に発達をするのだ。誕生直後の何日間、脳細胞は毎分25万個のハイペースで増加するのだ
 そうだ。最初の2年間で大きく、複雑になる。チンパンジーの脳は誕生時にはヒトと変わらないが、大人になると
 ヒトの脳はチンパンジーの3.5倍の重さになる。
・実はこの間も親から受け継いだ遺伝子は両親からの核遺伝子も、母親からの細胞質遺伝子もレトロウイルス関連の
 成分も、すべての細胞で全く同じなのだ......。

上記のように、胚の着床時に内在性レトロウイルスの何らかの作用が働くらしいのですが、それだけで遺伝子の46%も 必要なのですかね!?もっと決定的なwin-winのメリットが欲しいですね!今後の研究に期待しましょう。

では、今回の新聞の記事をご紹介します。絵だけなので眺めてください。








以上
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