 ＨＯＢＩＡ第８５回例会
HOBIA第85回例会報告第85回例会が去る５月26日(水)にフジヤサンタスホテルにおいて開催されました。当日は北海道大学大学院薬学研究科助教授の村山俊彦先生と東京大学先端技術研究センター教授の二木先生を講師にお迎えし、情報伝達系と機能解析と酸化ストレスと防御システムとしての抗酸化物についてご講演いただきました。
高尾会長の開会挨拶
以下に当日の講演概要を報告します。
１．「情報伝達・神経伝達系における天然物の作用と最新の進歩」
北海道大学大学院薬学研究科 助教授 村山俊彦氏
北海道大学大学院 助教授 村山氏
(1) 生体内情報伝達系の解析に天然物が役に立っている
生体内の情報伝達経路は、遺伝情報と環境情報とに大別される。遺伝情報はＤＮＡやＲＮＡによって情報が伝わる。環境情報はさらに二つに分けられ、神経系における電気信号によって伝達する経路と、内分泌系や免疫系などの化学信号によって伝達を行う経路とが存在する。伝達方式は異なるが、環境の情報伝達というのはいずれも、生命の維持や生体内の内部環境維持に重要な役割を果たしている。情報伝達系の研究に様々な天然物質が利用されている例をご紹介する。
情報は、細胞膜に存在する受容体（レセプター）を介して外界から細胞へ、また細胞から他の細胞の内部に伝達される。このレセプターの一つであるＡＴＰレセプターというものに注目し、研究を行っている。ＡＴＰレセプターの中でＧタンパク共役型レセプターの場合、細胞外からやってきた情報は細胞膜にあるＧタンパクに伝わる。そしてこのＧタンパクがアデニル酸シクラーゼを活性化させ、ＡＴＰからｃＡＭＰをつくり出す。ここで生成したｃＡＭＰが細胞内部での情報伝達を担う。
このメカニズムの解析に用いられたものの一つが、百日咳毒素であった。細胞をこの毒素で処理するとＡＤＰリボシルトランスフェラーゼと呼ばれる酵素が活性化する。この酵素はＧタンパクの特定のアミノ酸を修飾する。これによりＧタンパクはレセプターと結合することができなくなり、情報が伝わらなくなる。また、フォルスコリンと呼ばれる、インド産の薬草から単離された物質にはアデニル酸シクラーゼの活性を直接上昇させる作用があり、これも情報伝達系の研究に使われている。
ホルボールエステルの一つでＰＭＡと呼ばれる物質は、ハズ科植物に含まれる物質でクロトン油の有効成分である。アフリカの一部の現地人はこの植物をガムの代わりに利用していたが、そのような人たちの間では舌ガンが多く発生していた。その後の研究で、この物質は細胞内の情報伝達物質であるプロテインキナーゼＣを活性化させることがわかった。その後、様々な研究によりＰＭＡをはじめとするホルボールエステルは発ガンプロモーター（発ガンを促進する物質）であることがわかった。
細胞の情報伝達には、カルシウムイオンも重要な働きをしている。ある情報が細胞の内部に伝わる際に、ＡＴＰの刺激や塩化カリウムによる細胞内外の電位の変化によって、カルシウムイオンが細胞内に流入する。流入したイオンはプロテインキナーゼＣに情報を伝えて細胞内の代謝活動が生じる。この解析にはイオノマイシンと呼ばれる、ある微生物由来の抗生物質が用いられた。イオノマイシンは、細胞内のカルシウムイオン濃度を上昇させる。しかも上昇の度合いは、ＡＴＰで処理したときよりも遙かに持続的であった。
カルホスチンＣという微生物由来の物質は、プロテインキナーゼＣと結合してその働きを抑える作用がある。種々のプロテインキナーゼＣを活性化させる薬剤は細胞内のカルシウム濃度を上昇させるが、カルホスチンＣを同時に与えるとこの効果はみられない。またマストパランと呼ばれるハチ毒は、ハチに刺された周囲の肥満細胞を刺激し、細胞からヒスタミンなどが放出されることによって局所的な痛みが生じる。このマストパランは細胞膜を通りやすく、細胞内のカルシウムイオンの濃度を上昇させる。しかし、マストパランによる細胞内カルシウム濃度の上昇は、カルホスチンＣによっては抑制されないということがわかり、プロテインキナーゼＣを介さない、カルシウムイオンによる情報伝達の経路が存在することが考えられている。
(2) ＮＯの疾患への関与
ＮＯ（一酸化窒素）は細胞内の情報伝達物質として、近年非常に注目されている物質である。とても単純な構造のガス状の物質であるが、最近の研究により高血圧疾患、炎症（関節炎やリウマチ）、発ガン、心臓や脳の血管における虚血、ぜん息など、様々な疾患に関与していることが明らかになってきた。
一方でＮＯは、神経系における情報伝達物質としても関係していることが次第に明らかにされている。記憶や学習に関与しているとされる海馬（かいば）では、ＮＯが神経伝達物質を放出させる。逆に下垂体（かすいたい）では、伝達物質の放出を抑制するという両方の働きを持っている。
ラットの海馬を用いてＮＯによるノルエピネフリン（ＮＥ：神経伝達物質）の放出を調べた。その結果ＮＯ単独では効果がなく、アミノ酸のシステインと同時に与えるとＮＥの放出量が上昇することがわかった。一方で、ニトロ化されたシステイン（ＳＮＣ）というのは単独でＮＥの放出量を上昇させる。つまり、ＮＯがシステインと結合してＳＮＣとなり、これがＮＥの放出量を上昇させると考えられる。これらは試験管内での結果であり、実際の生体内でこのようになっているのか否かはこれからの研究が待たれるところである。 脳においてＮＯはグリア細胞と呼ばれるところで合成される。この細胞は脳の形態や機能の維持に関わっている。この細胞に細菌由来の毒素であるリポ多糖（ＬＰＳ）を作用させると誘導性ＮＯ合成酵素（ｉＮＯＳ）が増える。このｉＮＯＳの働きにより、アミノ酸のアルギニンからＮＯが合成される。つまり、ｉＮＯＳが増加することにより伝達物質であるＮＯが増加する。このＮＯがＤＮＡに何らかの変化を加えたり、脂質を過酸化することによって生体に悪影響を及ぼすという伝達経路が考えられる。
(3) 天然物の有用性 以上の事柄はほんの一例ではあるが、天然物由来の化合物や、微生物由来の抗生物質は細胞内における情報伝達の解析に非常に有用であり、かつ重要なものとして用いられている。また、近年は海産の天然物などにも注目が集まっており、水産業の盛んな北海道ならではの研究成果も期待されるところである。
２． 「酸化ストレスと抗酸化物」−ヒトはどのようにして酸化ストレスに対して防御するか−
東京大学先端科学技術研究センター 教授 二木鋭雄 氏
東京大学先端科学技術研究センター 二木氏
活性酸素あるいは酸化的ストレスが最近話題になっており、それに対する抗酸化物が注目されている。我々は20年ほど前から生体内で関連する酸化反応に取り組みはじめ、生体内で酸化反応がいろいろな形で深く関わっていることがわかってきた。ここでは最近明らかになったことを中心に生体内で起こる酸化反応とそれによる障害や老化現象との関連性、そして生体が持つ酸化ストレスに対する防御システムについて概説する。
(1) 酸化反応の功罪
酸素、そして関連するラジカルはin vitroでもin vivoにおいても「両刃の剣」であり、良い面も悪い面もある。例えばポリエステルやナイロンは酸化反応を利用して造っていて、酸素を利用した合成化学が石油化学の基幹的なプロセスになっている。ところが酸素を利用して物を造るという反応論的には同じ現象が起こることによってプラスチックやゴムあるいは食品に含まれる油脂が劣化することが古くから知られている。このような酸化反応の二面的現象が生体内でも起こっていることが最近の研究で明らかになってきた。生体は呼吸によって酸素を取り込みATPを作り、エネルギーを作り出しているし、高酸素療法のように医療として利用している。一方で潜水病や未熟児網膜症のように高濃度の酸素による障害も知られている。ある種の抗がん剤は酸素ラジカルを生成することによってガン細胞を破壊しているし、逆に様々な発ガン物質が酸化されることによって発ガン性ができてガン化を引き起こす。このように酸素は功罪の両面の性質を持っている。
(2) フリーラジカルによる生体内障害
活性酸素やラジカルは摂取した薬物、金属、食物から発生するし、また外界（喫煙、環境汚染など）からも生体に進入してくる。これら活性酸素やフリーラジカルが生体内で脂質の過酸化反応、タンパク質の変性、酵素の失活、DNA塩基の修飾、DNA鎖の切断などを引き起こし、最終的にはいろいろな疾病、発ガン、老化につながっていることが明らかになりつつある。
(3) 人間の寿命・老化と酸化ストレス
1770年頃に酸素をサイエンスとして見つけたイギリスのプリストリーが「ローソクは酸素の中においては普通の空気（大気）中よりもずっと速く燃えるように人は純粋酸素状態ではあまりに速く生きてしまって、体力も速く消耗してしまうかも知れぬ。」と言って酸素と寿命との関連性を指摘した。動物は種によって固有の寿命を持っていると言われていて、動物の最大潜在寿命は酸素消費速度（ml/体重g/時間）に負の相関関係にあると結論付けられている。例えばSohalらは1981年にイエバエを広い飼育箱で飼育すると寿命が短くなることを発表し、酸素消費量と寿命の正の相関関係を示している。寿命について今のところ先天的に遺伝子に寿命がプログラムされているとする説と後天的にフリーラジカルや活性酸素とのかかわりによって左右されるとする説が存在するが、まだ確立されたものではなく肯定も否定も非常に難しい。加齢やある種の疾病によって生物にとって必要でないネガティブな酸化障害物質が増加することが明らかにされている。例えば脂質の過酸化物、呼気中に脂質が酸化されると生成されるペンタンやエタン、各組織のTBARS、タンパク質の酸化反応で生じるカルボニル化合物やニトロチロシン、糖尿病に関係するAGE(advanced glycosilation end products)、DNAの酸化障害物である8-ヒドロキシグアニンは加齢と共に増加するというデータが多く示されいる。その実験例を示すと、ヒト眼球の水晶体のTBARSを測定すると11-20才ヒトでは0.3であるが、71-80才のヒトでは1.33になり、年齢と共に値が高くなることが認められている。また、白内障に罹った水晶体では同年齢の健康な人と比較して３〜４倍この値が高いことがわかっていて、白内障と酸化は正の相関があると言える。さらにアルツハイマー型痴呆脳では健康脳に比べて、著しくTBARS値が高く、明らかに脳において脂質の酸化が進行していることが認められる。この他にも酸化生成物であるβ―アミロイドタンパク質による老人斑の増加やニトロチロシン、タンパク質のカルボニルやMDAの増加が老化あるいは疾病とを結びつける多くの研究結果が示されている。
(4) 酸化反応に対する防御システム
好気性生物は進化の過程において酸素を利用する様になったと同時に酸素の毒性に対する防御システムを造り上げてきたと言われている。実際に生体には非常に効率的にしかも優れた抗酸化機構が備わっている。生体が持つ酸化ストレスに対する防御機構は次の４つ機構が考えられる。１つはフリーラジカルや活性酸素の生成を抑える。2つには発生したフリーラジカルや活性酸素を捕捉あるいは消去する。3つは酸化障害を修復したりあるいは障害を受けた箇所を新たに再生する機構や、毒性のある生成物を取り除いてしまうクリアランス機構。４つはアダプテーションメカニズム（抗酸化酵素などを必要な時に必要な量を産生し、必要な場所に遊走する）やホルミシス効果（小さな酸化ストレスをかけることによって、それに対する防御機構を亢進させる）である。我々が工業的に酸化防止剤として食品や油に付与することができる機構は１と２の機能だけであり、３や４の機能は生物のみが持ち、生体内で起こる機能である。抗酸化物質として代表的なビタミンEに注目して見てみると、抗酸化作用としてまず第１にラジカル捕捉による安定化作用がある。その他に最近の研究では免疫機能の亢進、細胞内情報伝達機能やPKCの活性化抑制、抗酸化酵素発現促進機能のあることが明らかにされてきた。ビタミンEにはα-トコフェロールを代表とする８種類の異性体が存在する。これらの異性体を使ってそれぞれ持つ構造が抗酸化作用に対してどのような意味があるのかを調べ、その結果を基に活性の強い抗酸化物を設計しようと試み、現在α-トコフェロールをベースにBO-653という化合物をデザインして、実際に合成して抗酸化活性測定や毒性実験を進めていて、予想とおりの成果がでつつある。このように新しい抗酸化物を造ろうとする動きがある一方で食品に含まれる既存の抗酸化物質を見直そうとする動きが高まっている。 1990年頃からフレンチパラドックス（脂肪摂取が多いフランス人に冠動脈心疾患が比較的少ない）に対して注目が集まり、その理由の１つに抗酸化物が豊富な赤ワインの常用習慣が考えられた。ワインにはポリフェノールを主体とした抗酸化物が多く含まれ、この抗酸化物がLDLの酸化を抑制して動脈硬化を抑制するのでフランス人の心臓病が少ないと考えられている。同じように日本でも静岡県在住の茶の飲用が習慣になっている人は発ガンが抑制されているとするデータが出されていてお茶の抗酸化機能に注目が集まっている。さらに中国の克山地方（セレン欠乏土壌）の風土病（心疾患）である克山病が微量金属のセレンの投与にとって顕著に改善されたことからセレンの持つ機能が話題になった。このように最近食品に含まれる多くの抗酸化性成分に注目が集まり、数多くの新しい知見が発表されている。 活性酸素やフリーラジカルによって引き起こされる様々な酸化反応が生体の老化現象や各種の疾病に深く関わっていることが明らかにされてきたと同時に生体が持つ酸化的ストレスに対する防御システムとして様々な抗酸化物、特に食品に含まれる成分とそのメカニズムが注目され多くの研究が行われている。
ＨＯＢＩＡ創立１４周年記念講演会平成１１年４月２１日（水） フジヤサンタスホテル
「生物多様性条約時代における遺伝資源アクセス」
（財）バイオインダストリー協会 常務理事 炭田 精造 氏
ＪＢＡ常務理事 炭田精造氏
平成１１年度総会に引き続き開催された記念講演会の要旨を報告します。
１．生物多様性条約（Convention on Biological Diversity，CBD）とは
A）生物多様性の保存
B）その構成要素の持続可能な利用、および
C）遺伝資源の利用から生じる利益の公正かつ公平な配分
という３つのことを目的として１９９２年１２月２９日から効力を発揮しています．
特に、遺伝資源へのアクセス（取得の機会）に関して起源国の国家主権が認められたことは、注目すべき事です。それはCBDが微生物株の流通と利用者に対する新しい国際的規制として働くことを意味しています。従って、CBDは政府などの公共部門のみならず学会や産業界にも大きな関わりを持っています。全ての生物を対象にしており、現在アメリカとタイ以外の国はこの条約を批准しています。
２．集約の影響
例えば、三共製薬のメバロチンというのは、コレステロールを下げる医薬品で、これはオーストラリアでとった微生物で製造しており、年間1，000億円の売り上げがあります。しかし、オーストラリアには利益が無いところが問題となっているところです。現在は、どこかの国に行って土をとろうとしたら、その国の許可が必要になっています。商業的利用には、その資源の起源となる国と公正に分かちあわなければならないというのがこの条約の趣旨ですが、何が公平かは国々によつて解釈が違いますし、実例を交えて説明します。今日は微生物遺伝資源についてお話ししますが、植物及び動物でも同じです。
３．フィリピンの大統領令
これは欧米先進国の弁護士が作ったものですが、多様性条約の条項に基づいて、最大限の権利を主張しています。フィリピンで収集された生物はフィリピンの国有財産となり、研究の情報はフィリピンの国に対していっでもオープンの状態でなければならないとしています。この法律は、自国内を含む全ての研究者に適用され、栽培している以外の全ての生物に及ぶ権利を主張しています。研究するときにお金を払わないといけないので、国内の大学の先生も非常に困っています。この大統領令は、各国に色々な波紋を投げかけています。たとえば、新薬開発のスキームは数十万サンプルから1つものになればいい方で、その開発には１０から１５年の年月と２５０億円から７５０億円の費用がかかると言われています。これだけの企業リスクがあるのにも関わらず、さらに情報を開示しなければいけないと言うリスクを負うことになり、国連の場でも先進国の企業はナンセンスという反応を示しています。逆に、途上国側から見ると欧米の長年の搾取からこのような主張が生まれてきていると言えます。さらに１９９２年１２月２９日以前にまで適応するという動きもでています。今のところ、３年間で１件も許可されていないのが現状で、基礎研究も含めてフィリピンでは研究が著しく遅れています。しかし、フィリピン大統領令の改訂の動きも一部あるが、まだ改訂をしていません。
４．先進国の動き
合衆国ではクリントンは署名したのですが、議会は許可していません。しかし、ちゃんと条約にそった動きを示しています。実際に、ＮＩＨがお金を出して、スリランカ、南米、中米などに行って、医薬企業が産官学の共同研究を組んで、協定を結んで医薬品開発を行っています。この過程でエイズの新薬がでてきているのです。アメリカ国内でも、ただでは使えないという考え方がでてきています。イエローストーン国立公園とディベルサコーポレーション間で協定を結んで研究を開始しています。この国立公園で見つかったThermus aquaticus由来のDNAポリメラーゼ（Taq）は、PCRのの酵素としてばく大な利益を生んでいますが、利益は還元されていないので問題視されているのです。実際には、１０万ドルを年間２万ドルずつ５年間払うという事前合意があるのは利益の配分に関する取り決めがなされていると言うことです。ヨーロツパでも、多様性条約１５条を遵守して研究を行うということを宣伝しています。欧州発進の世界ルールをつくろうという動きがあり、少なくとも日本には知らされていな
いので、２年位前からＪＢＡでは深刻に考えています。
５．ＪＢＡ生物資源総合研究所
JBAでも生物資源に関する日本の戦略をつくろうという動きがあります。東南アジア３カ国と１９９４年４月まで、１０億円かけて４００人の大学の先生が往復しました。マレーシア、タイ、インドネシアと大学関係者間で生物多様性保全と持続的利用などに関する研究協力を行っており、このプロジェクトはうまくいっています。一番大事なのは、信頼関係であり、一番最初に動いたのは北大の冨田先生でした。 ２１世紀はバイオインダストリーの世紀であるとの認識から動いており、その一番基本となるのは生物資源なのです。国家戦略として欧米では取り組んでいるので、日本としても負けるわけにはいきません。特にアマゾン地方やインドネシアは多様性が高いところで、この辺とはさらに親密にやっていく必要があると思います。今、日本の通産省が提唱して、OECDを使って日、米、欧の共同でワークショップを開いてバイオテクノロジーリサーチセンター構想を立てつつあり、これは日本がリーダーシップをとって進めています。これまでカルチャーコレクションは、地味な存在でした。微生物の分類同定はこれからの生物資源の保全になくてはならないものです。生物遺伝資源はちゃんとした管理保存をする必要があり、ゲノム、クローンを如何に管理するかをしっかりと考え、途上国と良好な関係を築きながらやっていくことが必要になります。この５月に了承を得る予定であり、了承されれば未来型のセンターが動き出す予定です。遺伝資源アクセスに対する４００ページくらいのガイドブックを現在作成中で、いずれ製本して、お渡しする予定です。この対応の早さは、世界ではベスト５には入るでしょう。このガイドブックは、他国遺伝資源ヘアクセスする場合の一般的な流れなどの具体的な方法について解説しています。条約は、外交官と法律家が作っただけです。ルールはできたが実施できない状況で、研究者にとっては良くない状況です。ですから、実際にどうしたらいいかはこれから我々が考えていかなければならないのです。今、ホームページ上でのオンライン化も試みています。
６．まとめ
２１世紀はバイオインダストリーの世紀です。国家戦略として、遺伝資源をどうするかを考えなければなりません。交換できる技術をしっかり持っていなければ、この流れに取り残されることになります。必要なときに買えるという考えはもう甘いのです。（T．Ｉ．）
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