親のDNAが、子の健康や疾病を決定づける主要な要因であることは、以前から知られていました。しかし、DNAを介した遺伝は全体の一部に過ぎません。父親の食事、肥満、ストレスレベルといった生活習慣もまた、子の健康に影響を及ぼすことが明らかになっています。こうした影響は「エピゲノム」を介して生じます。エピゲノムとは、DNAやそれに結合するタンパク質に関連した、遺伝しうる生化学的な標識のことです。しかし、受精の際にこの情報がどのように伝達されるのか、また精子内のどのような分子やメカニズムが関与しているのかについては、これまで不明でした。
マギル大学による新しい研究（学術誌『Developmental Cell』に最近掲載）は、精子内のDNA以外の分子によって環境情報が伝達される仕組みを特定し、この分野に大きな進歩をもたらしました。この発見は、父親の生活経験の遺伝に関する科学的理解を深めるものであり、疾病の伝達や予防に関する研究の新たな道を切り開く可能性を秘めています。
遺伝に関する理解のパラダイムシフト
「この研究の大きな画期的成果は、父親の環境（食事）に関する情報を精子が記憶し、それを胚に伝えるための、DNAによらない仕組みを特定したことです」と、本研究の責任著者であり、エピジェネティクス・生殖・発生分野のカナダ・リサーチ・チェア（Canada Research Chair）を務めるサラ・キミンズ博士は述べています。この論文は、彼女の研究グループによる15年にわたる研究の積み重ねに基づいています。「これは注目に値する成果です。なぜなら、遺伝や疾患に関する従来の理解はDNAのみに基づくものでしたが、精子のタンパク質も関与するという新たな視点へと大きく転換するからです。本研究は、特定の疾患を理解し予防する鍵が、精子内のタンパク質にあるかもしれないという可能性を切り開くものです」
「最初に結果が見え始めたときは興奮しました。環境に由来する遺伝的なシグナルが、精子から胚へとどのように伝達されるのかを追跡できた例は、これまでなかったからです」と、論文の筆頭著者である博士候補生のアリアン・リスマー氏は付け加えます。「特にやりがいを感じたのは、胚という分子レベルでの研究が非常に困難だったからです。エピゲノム解析に利用できる細胞の数が極めて限られているためです。こうした結果にたどり着けたのは、ひとえに新しい技術やエピジェネティクス関連のツールのおかげです」
精子タンパク質の変化は子孫に影響を与える
発生に影響を与える情報がどのように胚に伝えられるかを調べるため、研究者らは雄のマウスに葉酸欠乏食を与え、DNAに関連するタンパク質の特定の分子グループに対する影響を追跡することで精子のエピゲノムを操作した。
彼らは、ヒストンタンパク質（DNAを細胞に詰め込むのに重要）に関連する特定の分子グループ（メチル基）に対する食事誘発性の変化が、胚における遺伝子発現の変化と脊椎と頭蓋骨の先天異常を引き起こすことを発見した。注目すべき点は、精子内のヒストンのメチル基の変化が受精時に伝達され、発生中の胚に残ることだった。
「私たちの次のステップは、精子タンパク質（ヒストン）に誘発されたこれらの有害な変化が修復できるかどうかを判断することです。私たちは、これが実際に当てはまることを示唆する刺激的な新しい研究を行っています」とキミンズ氏は付け加えた。 「この研究がもたらす希望は、DNAだけを超えて何が受け継がれるのかについて理解を広げることで、より健康な子供や大人につながる病気予防の新たな道が開ける可能性があるということです。」
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https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/how-sperm-remember-329649