東北大、ヒトを含む哺乳類における「硫黄呼吸」を発見

東北大学は、同大大学院医学系研究科の赤池孝章教授らの研究グループが、ヒトを含む哺乳類が硫黄代謝物を利用した新規なエネルギー産生系(硫黄呼吸と命名)を持つことを明らかにしたことを発表した。この成果は10月27日、英国科学誌「Nature Communications」に掲載された。

酸素呼吸と硫黄呼吸(出所:ニュースリリース※PDF)

生物は、生命活動を維持するために酸素を利用してエネルギーを産生している。 ヒトを含む哺乳類は、酸素呼吸によってエネルギーのほとんどを生産しており、生命活動を維持するためには酸素が必須であると考えられていた。しかし、筋肉など酸素消費が大きい組織、造血幹細胞、悪性度の高いがんでは低酸素状態になることが多く、酸素に依存しないエネルギー産生経路が存在する可能性が示唆されてきた。

赤池教授らのグループはこれまでに、硫黄が含まれているアミノ酸(システイン)に、さらに硫黄が付加された物質(システインパースルフィド)が、哺乳類の生体内で多量に存在することを明らかにしてきた。今回、東北大学加齢医学研究所の本橋ほづみ教授、生理学研究所の西田基宏教授らとの共同研究により、システインパースルフィドのミトコンドリアにおける新しい代謝経路を発見し、硫黄代謝物がエネルギー産生の過程で酸素の代わりに利用されていることを明らかにした。

硫黄代謝不全マウスの成育(出所:ニュースリリース※PDF)

これは、従来の定説を覆す画期的な発見であり、この新しいエネルギー産生経路を「硫黄呼吸」と名付けた。さらに「硫黄呼吸」に必要な硫黄代謝物を処理できないマウスを作製したところ、正常のマウスに比べ、成長が著しく悪くなることを見いだした。このことから「硫黄呼吸」は生命活動に極めて重要な役割を果たしていると考えられる。

今後、「硫黄呼吸」を自在に調節し、生体内のエネルギー産生量を増加させることで、老化防止・長寿や慢性難治性の呼吸器や心疾患の予防・治療法の開発につながることが期待される。また、酸素の少ない状況でも増殖できる悪性腫瘍(がん)は、「硫黄呼吸」を積極的に利用していることが予想されるため、硫黄代謝物をがんのバイオマーカーにした診断法や、「硫黄呼吸」を制御することによるがん予防や治療法の開発も期待される。



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