DNAの構造解明から広がった生命科学

核酸の研究は、生命科学の歴史そのもの。1953年、DNAの二重らせん構造が明らかになり、生命の設計図を読み解く扉が開かれました。そこから遺伝子研究、ゲノム解析へと研究が進み、さらに再生医療、がん研究、老化研究など、さまざまな生命科学の分野へとつながっていきました。

核酸を医療に生かす新しい時代

そしていま、世界の研究者が注目しているのは、遺伝子情報をどう守るか、RNAをどう医療に使うか、細胞の修復やエネルギーをどう支えるかという新しいテーマです。その中でも注目されているのがRNA医療です。mRNAワクチンをはじめ、核酸を使って体内の情報の流れに働きかける技術が急速に進んでいます。

ノーベル賞が示す核酸研究の広がり

細胞内で生じるDNA損傷を修復し、遺伝情報を守る「DNA修復のメカニズム」を分子レベルで解明したトーマス・リンダール博士、ポール・モドリッチ博士、アジズ・サンジャル博士の3名に2015年ノーベル化学賞が授与されました。また、ペンシルベニア大学のカタリン・カリコ博士とドリュー・ワイスマン博士は、mRNAワクチンの開発につながる研究により、2023年ノーベル生理学・医学賞を受賞しました。現在も世界中の大学・研究機関で、RNA医療、核酸医薬、NAD⁺、ミトコンドリア、老化制御の研究が進んでいます。

老化研究で注目されるNAD⁺とサーチュイン

もうひとつの大きなテーマが、老化とDNA修復です。DNAは紫外線や酸化ストレスなど、さまざまな要因によって日々傷ついています。体にはその傷を直すしくみがありますが、DNA損傷が蓄積すると、細胞の働きにも影響を及ぼすと考えられています。ここで注目されるのが、NAD⁺とサーチュインです。NAD⁺はエネルギー代謝、DNA修復、ミトコンドリア機能にも関わる分子であり、NMNやNRといったNAD⁺前駆体も注目されています。

AIとビッグデータが加速させる核酸研究

いま核酸研究は、AIとビッグデータの活用によってさらに加速しています。DNAやRNAに関する膨大な情報が解析され、医療、老化、美容に関わる研究、個別化医療・栄養など、さまざまな分野へ研究が広がっています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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遺伝子の働きにアプローチする「核酸医薬」

薬は、症状を抑えるだけでなく、病気に関わる分子を直接標的とする時代へと進んでいます。いま医療の最前線では、DNAやRNAという「生命情報」を利用して、病気に関係する遺伝子の働きを調整する「核酸医薬」の開発・実用化が進んでいます。

これまで届かなかった標的へ

核酸医薬の大きな特徴は、病気に関係する遺伝子の情報を、塩基配列の違いを利用してねらえることです。DNAやRNAなど、遺伝情報に関わる分子を標的とすることで、これまで薬をつくるのが難しかった病気にも新しい治療法が生まれ、患者数の少ない病気、がん、神経の病気、感染症などで研究と実用化が進んでいます。
たとえば、指定難病の一つである「脊髄性筋萎縮症（SMA）」では、アンチセンス核酸医薬によって、運動機能の改善が認められています。

核酸医薬のカギを握る「届ける技術」

一方で、核酸は体の中でこわれやすく、必要な細胞までどう届けるかが大きな課題です。そこで、核酸を包んで運ぶ小さなカプセルや、分子をこわれにくくする技術が開発されています。こうした「届ける技術」の進歩によって、核酸は研究室で調べる分子から、実際の医療に使われる薬へと進化してきました。

核酸から広がる医療の可能性

もちろん、核酸医薬と食品・サプリメントはまったく別のものです。しかし核酸医療の進歩は、DNAやRNAが生命の設計図であるだけでなく、そのしくみを利用することで、病気に関わる分子を標的にできることを示しています。将来は、一人ひとりの遺伝情報や病気の状態に合わせて治療を選ぶ個別化医療へ。核酸は、医療の未来を動かす技術になりつつあります。

栄養書庫発行 : 「よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集」より

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細胞の生命活動を支える核酸

私たちの体は、無数の細胞からできています。肌、筋肉、血液、内臓、神経、免疫細胞。多くの細胞の中で、生命活動の中心を支えているのが「核酸」です。

DNAとRNA、それぞれの役割

核酸とは、DNAとRNAの総称です。DNAは体をつくるための生命の設計図。RNAは、その設計図を読み取り、必要な情報を細胞へ伝えるメッセンジャーとして働きます。DNAには体を形づくる情報が保存され、RNAはタンパク質づくりや遺伝子の調節に関わります。近年はmRNAワクチン、siRNA、アンチセンス核酸など、RNAを活用した次世代医療の研究も進んでいます。

核酸をつくるヌクレオチド

核酸を構成する基本単位がヌクレオチドです。ヌクレオチドはDNAやRNAの材料になるだけでなく、細胞分裂、組織の修復、免疫細胞の増殖にも必要とされます。つまり核酸は、細胞を支える生命活動の基本素材なのです。

核酸とエネルギーの深い関係

さらに核酸は、「情報」だけでなく「エネルギー」とも深く関わっています。
細胞のエネルギー通貨と呼ばれるATP※もヌクレオチドの一種です。また、NAD+はエネルギー代謝やDNA修復、サーチュインの働きに関わり、ミトコンドリア機能や老化研究でも注目されています。

核酸から広がる生命のしくみ

核酸は単なる「遺伝子の材料」ではありません。設計図を保存するDNA、情報を働きへつなげるRNA、エネルギーを支えるATP、修復や代謝に関わるNAD+。これらはすべて、ヌクレオチドという共通の基盤を持ち、細胞の中で互いに関わり合っています。

核酸を知ることから始まる健康づくり

老化や疲労、肌の変化、免疫機能、認知機能、筋肉の衰え。その背景には、DNAの損傷、修復力の低下、ミトコンドリア機能の低下など細胞レベルの変化が関係していると考えられています。核酸を知ることは、細胞を知ること。年齢を重ねても健やかな体づくりを考える第一歩です。

※ATP（アデノシン三リン酸）は、すべての生物の細胞内に存在し、生命活動に必要なやりとりを行う化合物のこと

ひと目でわかる核酸のしくみ

核酸は、設計図を保存するDNA、情報を伝えるRNAとして働きます。また、その構成単位であるヌクレオチドは、ATPやNAD+にも利用され、細胞の働きを支えています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-16 核酸/ Nucleic Acid 最新研究エビデンス集』より

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DNAは傷つくことがある

私たちの身体ではDNAに書かれた遺伝子情報によって、必要な部位で必要な時に必要な量のタンパク質が合成されるよう、精密な仕組みが働いています。ところが、DNAは、紫外線や放射線、体内で発生する活性酸素などの影響によって傷つくことが知られています。

DNAには修復する力がある

DNAのわずかな損傷でも、適切に修復されない場合には、さまざまな病気の原因となることがあります。DNAの損傷による誤った遺伝情報が細胞へ受け継がれないよう、DNAが傷つくとその損傷を認識するタンパク質（修復酵素）が働き、多くの場合は修復が行われます。この仕組みはDNA修復作用と呼ばれています。

DNA修復にはさまざまな仕組みがある

DNAの損傷には、塩基の変化やDNA鎖の切断、DNA同士が異常に結合する「架橋」など、さまざまな種類があります。それぞれの損傷の違いによって、異なる修復システムが働いていることがわかっています。その一つが「ヌクレオチド除去修復」と呼ばれるものです。
横浜市立大学大学院の奥田昌彦氏らの研究では、DNAの損傷部位と周辺のヌクレオチドを除いて新しいものに作り替える、ヌクレオチド除去修復の複雑なメカニズムの一端が明らかにされています※。

※出典：Okuda M, et al. Nucleic Acids Res. 2017. doi:10.1093/nar/gkx970

DNAを守る仕組み

DNAの損傷が修復されず、細胞の機能に異常が生じた場合には、細胞を取り除く仕組みによって排除されることも知られています。この分解機構は3段階に分かれています。
核酸は、DNAやRNAを構成する重要な成分であり、細胞の働きとの関係について研究が進められています。

■DNA修復機能

細胞にはDNAの損傷を修復する機能があります。DNAが損傷を受けると修復酵素（タンパク質）が駆けつけて傷を修復します。多くは正常に修復されますが、修復が十分に行われない場合もあります。

■DNAの複製（細胞分裂）の仕組み

細胞は分裂する際に、遺伝子の情報を伝達するDNAの複製が必要になります。ヒトのDNAは約30億の塩基配対からなり、その複製は極めて高い精度で行われています。しかし、加齢やさまざまな要因によってDNA損傷が蓄積したり、複製時に誤りが生じたりすることがあります。こうした異常に対応するため、生体にはDNA修復機構が備わっています。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-34 核酸の秘密』より

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男性の2人に1人、女性の3人に1人

日本人は生涯に渡ってがんにかかる割合が、男性の2人に1人、女性の3人に1人と言われている世界でもトップクラスのがん大国です。

遺伝子の傷が積み重なると

がん細胞は、正常な細胞になるはずの遺伝子になんらかの原因によって傷が付くことで発生します。この遺伝子の傷は、DNAの配列に異常が起きる突然変異と、配列自体変わらずに使われ方が変わってしまうもの（エピジェネティック変異）があることがわかっています。こうした遺伝子の傷が2～10個程度積み重なることで、がん細胞になってしまうのです（図1）。

■ がん発生のメカニズム（図1）

私たちの身体を作る約37兆個の細胞は、遺伝子をコピーして日々新しい細胞に生まれ変わっています。その過程で、なんらかの危険因子により細胞の設計図である遺伝子に傷が付くと、ミスコピーされ異常な細胞が生まれます。突然変異した細胞が増殖して、がん細胞になります。

アポトーシスを誘導してガンを予防する

核酸は傷ついたDNAを修復する作用だけでなく、アポトーシス（細胞死滅）を誘導させる作用もあり、異常を起こした細胞を死に追い込んで、がんを予防する作用があると考えられています。

アンチセンス核酸医薬

さらにゲノム創薬※1としての核酸医療が最先端医療として注目され、世界中研究者が日々新たな発表しています。抗生物質に匹敵する医薬品になるとも言われる核酸創薬の代表的なものにアンチセンス核酸医薬（図2）があります。
名古屋大学が行っている研究では、難治性の胃がん（腹膜播種）をターゲットにした、新しいアンチセンス核酸医薬の開発が進み、がん移殖したマウスの腹膜播種の進展を止め、生存期間の延長に成功しました※2。

■ アンチセンス核酸医薬とは（図2）

細胞はDNA→メッセンジャー RNA →タンパク質という流れで作られます。これはがん細胞も同じです。がん細胞のメッセンジャーRNAの塩基配列から、アンチセンスDNAを合成することで、特定のウイルスやがんの異常な働きを抑えることができます。このアンチセンスDNA（RNA）を、アンチセンス核酸医薬と呼びます。

壊れた遺伝子の発現を食い止める

DNAやRNAを細胞内に導入することで、壊れた遺伝子の発現を食い止めるアンチセンス核酸医薬は、不死と言われるがん遺伝子の働きを弱め、がんの治療を行う薬になる可能性があることから、現在最も有力視されています。

※ 1 ヒトゲノムの解析を経て、生まれたのがゲノム創薬です。遺伝子情報から病気に関する遺伝子を特定して開発できるので、より効果的な薬ができると期待されています。
※ 2 Mitsuro Kanda,et al. Molecular Therapy – Nucleic Acids(2020)

●核酸医薬とは
DNAからタンパク質が産生される段階のメッセンジャーRNA（mRNA）やマイクロRNA（miRNA）などの核酸をターゲットにするものやタンパク質をターゲットにするものがあります。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-34 核酸の秘密』より

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タンパク質は20種類のアミノ酸で構成されている

私たちの身体は水分と脂質を除くと、ほとんどがタンパク質でできています。
身体を構成する成分の20％はタンパク質でできていて、筋肉においては水分を除くと約80％がタンパク質です。

タンパク質はアミノ酸が連結してできた分子で、20種類のアミノ酸で構成されています。20種類のアミノ酸のうち11種類は、体内で糖質や脂質から合成され「非必須アミノ酸」と呼ばれます。残りの9種類は「必須アミノ酸」と呼び、体内で合成できないため、食事から摂取する必要があります。

食事から摂ったタンパク質は体内でアミノ酸に分解され、全身に運ばれていき、肝臓や胃、目、皮膚といったそれぞれの部位で再び繋げられ、その部位に必要な機能を持ったタンパク質に再合成されます。

DNAは遺伝子の本体

このタンパク質の合成に重要な役割を果たしているのが遺伝子です。遺伝子にはタンパク質の素材であるアミノ酸の配列情報が書かれており、命の設計図と言われています。この遺伝子の本体がDNA（デオキシリボ核酸）です。

RNAはアミノ酸を繋げてタンパク質を合成する働き手

しかし、DNAだけではタンパク質をつくり出せません。設計図をもとにアミノ酸を繋げてタンパク質を合成する働き手が必要になります。その役割を担うのがRNA（リボ核酸）です。DNAに含まれる設計図はRNAにコピーされ、その情報を元にアミノ酸をつないでタンパク質が合成されるのです。

遺伝情報を担うDNA、そのDNAの情報に基づき、タンパク質の合成に関与するRNA、この2つを合わせて「核酸」と呼んでいます。

■タンパク質はアミノ酸から作られる

体内に存在するタンパク質は約10万種類になると言われ、アミノ酸の組み合わせや種類、量などによって形状や働きが異なります。身体の中で必要なタンパク質を合成するには、それぞれのアミノ酸の組み合わせが決まっているので、アミノ酸がバランスよく揃っていないと十分なタンパク質を作ることができません。

■タンパク質の合成に不可欠な核酸

私たちが食事などから摂取したタンパク質は、体内でアミノ酸に分解され、各部位で必要とされるタンパク質に再合成されます。タンパク質の再合成に必要不可欠なのが、遺伝情報を格納しているDNA（デオキシリボ核酸）と遺伝情報に基づいてタンパク質を複製するRNA（リボ核酸）です。この二つを合わせたものが核酸と呼ばれています。

栄養書庫発行 : 『Nutrient Library-34 核酸の秘密』より

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