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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細胞は毎日、生まれ変わっている

私たちの体では、1日に約3,300億個の細胞が失われ、ほぼ同じ数が新しく生まれています。体は見えないところで、24時間休まず更新されているのです。
ところが、すべての細胞がきれいに入れ替わるわけではありません。紫外線、活性酸素、さまざまなストレスなどでDNAが深く傷つくと、細胞は修復したり、細胞死に至ったりするほか、分裂を止めた状態になることがあります。その中には、死なずに体内に残り続ける細胞もあります。

体内に残る「ゾンビ細胞」とは

それが老化細胞です。こうした細胞は、いわゆる「ゾンビ細胞」と呼ばれることもあります。老化細胞は、ただ働かなくなるだけではありません。その中には炎症に関わる物質を放出し、周囲の健康な細胞まで老化へ巻き込むことがあります。

老化細胞が周囲に及ぼす影響

加齢とともに、組織によっては細胞を新しく補う力が低下していきます。幹細胞の働きが低下することなどにより、組織を修復・再生する力が低下することがあります。さらに、蓄積した老化細胞の一部は炎症に関わる物質などを放出し、周囲の健康な細胞にも影響を及ぼして、老化を広げるものがあります。
老化は、単に細胞が減るだけの現象ではありません。老化細胞が蓄積し、周囲に影響を及ぼすことも、老化に関わる要因の一つと考えられています。

細胞のお掃除＆リサイクル機能

では、細胞はどのようにして、内部に古くなったものや不要なものをため込まず、状態を保っているのでしょうか。その鍵の一つが、これから解説するオートファジー――細胞の「お掃除＆リサイクル」の仕組みです。

参考：Sender R, Milo R. The distribution of cellular turnover in the human body. Nature Medicine. 2021. DOI：10.1038/s41591-020-01182-9, Childs BG, et al. Senescent cells: an emerging target for diseases of ageing. Nature Reviews Drug Discovery. 2017.
DOI：10.1038/nrd.2017.116

栄養書庫発行 : 『栄養書庫フォーカス-9 奇跡の活性 オートファジー』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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「腸活」から「マイクロバイオーム」の時代へ

腸活といえば、これまで「食物繊維」「発酵食品」「乳酸菌」といった言葉が中心でした。しかし近年、マイクロバイオーム（腸内細菌叢）の研究は、健康や老化との関わりを探る研究の最前線として、世界中で急速に進んでいます。腸内細菌は、もはや消化を助けるだけの存在ではありません。代謝、免疫、脳、老化、毎日のコンディションにまで関わる体内のもうひとつの生命システムとして見直されているのです。

いま注目される核酸とヌクレオチド

そうした研究の中で、腸内環境との関わりが研究されている成分のひとつが「核酸」や「ヌクレオチド」です。ヌクレオチドは、核酸であるDNAやRNAを構成する基本単位であり、細胞の情報伝達やエネルギー代謝にも関わる重要な分子です。さらに、母乳中にも含まれる成分として知られ、赤ちゃんの腸内細菌叢形成との関係を調べる研究も進められています。

ヌクレオチドと腸内環境をめぐる研究

乳児用ミルクにヌクレオチドを加えた研究では、赤ちゃんの便中の腸内細菌叢に変化がみられたことが報告されています。また、基礎研究などでは、食事由来のヌクレオチドが、腸内細菌の多様性や代謝物、腸管バリア、さらには腸脳相関にまで関わる可能性も研究されています。

腸と核酸の研究は、私たちの身近なテーマへ

赤ちゃんの腸づくり、年齢とともに変化する腸内環境、そして毎日のコンディションとの関わりまで。腸と核酸の研究は、もはや専門家だけのテーマではなく、自分と家族の健康を考えるうえでも、身近なテーマになりつつあります。

乳児の腸内細菌叢とヌクレオチド

乳児用ミルクにヌクレオチドを加えたヒト試験では、赤ちゃんの便中の腸内細菌叢に変化がみられたことが報告されています。

出典 :
Singhal A, et al. Am J Clin Nutr. 2008
DOI: 10.1093/ajcn/87.6.1785

※この研究は、特定の食品や飲料の効果を直接示すものではありません。核酸・ヌクレオチドと腸内環境との関わりについては、このほかにもさまざまな研究が進められています。詳しい研究エビデンスは本書で紹介しています。

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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核酸（DNA・RNA・ヌクレオチド）と細胞エネルギー研究のつながり

① 摂取

DNA・RNA・ヌクレオチドなどの核酸成分を摂る

② 消化・吸収

体内で分解され、ヌクレオチド・ヌクレオシド・塩基として吸収される

③ 細胞で再利用

吸収された成分は、細胞内で再利用され、DNA・RNA・エネルギー代謝に関わる素材になる

④ ミトコンドリアとの接点

ATPやNAD＋などの分子につながり、ミトコンドリアの働きや細胞エネルギー産生に関わる可能性が研究されている

⑤ 研究が注目するポイント

核酸 = 情報とエネルギーをつなぐ生命素材

※本図は研究の考え方をわかりやすく示した模式図です。特定の食品・飲料・サプリメントの効果効能を示すものではありません。

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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身体に大切な3つの要素

私たちの身体は「タンパク質・アミノ酸・核酸」という3つの要素によって支えられています。筋肉、臓器、酵素、ホルモンをつくるタンパク質、その材料であるアミノ酸、そしてそれらを設計し、再生や合成を指示する核酸（DNA・RNA）。この３つのどれが欠けても身体はうまく働きません（図1）。

■タンパク質・アミノ酸・核酸の再合成（図1）

私たちの身体では、タンパク質・アミノ酸・核酸が絶えずリサイクルしながら循環しています。タンパク質はアミノ酸に分解されて体内を巡り、必要に応じて新しいタンパク質として再合成されます。この合成を指示する設計図が核酸です。古くなったタンパク質や細胞は、再びアミノ酸やヌクレオチドに分解され、体内の材料として再利用されています。

栄養書庫発行 : 『よくわかる健康サイエンス-11 タンパク質とアミノ酸と核酸』より

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※過去の記事を再編集しています

受容体が存在する細胞膜

細胞内部にあるミトコンドリアや細胞核（DNA含む）は、細胞を覆っている“細胞膜”によって厳重に外部から守られています。
この細胞膜には様々な受容体（鍵穴のような場所）が存在しており、そこにぴったりとはまる「鍵」の役割を持つ“物質”が付くことで、細胞内に指令が送られます（下図）。

■ミトコンドリア増殖・活性化のメカニズム

TGR5とミトコンドリア

細胞外のあらゆる刺激を細胞内に伝えてしまうと、細胞がうまく機能できなくなるため、細胞は受容体を通して機能をコントロールしているのです。
2006 年、フランスのルイ・パスツール大学（当時）のヨハン・オーベックス教授らは、TGR5 と呼ばれる受容体を刺激すると細胞内のミトコンドリアの活性が高まるメカニズムを発見し、科学雑誌「Nature」に論文発表しました。

ミトコンドリアが活性化する鍵穴

TGR5 こそが、ミトコンドリアの増殖・活性化を叶える「鍵穴」である。このオーベックス教授らの研究をベースに、確実にミトコンドリアの活性が高まるメカニズムを作動させる（鍵穴にぴったりはまる）「鍵」となる成分の探索がスタートしました。

【ミトコンドリア増殖・活性化すると】

脂肪の減少、肥満予防・改善

筋肉の増加、運動パフォーマンスの向上

細胞ダメージ減少、シミ・シワ予防、アンチエイジング

栄養書庫発行 : 『栄養書庫フォーカス-4 奇跡の成分オレアビータ®Ver.2』より

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若さのスイッチSirt-1

2000年代初頭、Sirtuin（サーチュイン）というタンパク質群が発見され、「長寿遺伝子（サーチュイン遺伝子）」として話題になりました。なかでもSirt-1は細胞老化を抑え、DNAを守り、炎症をコントロールする働きを持つことから寿命を延ばす「若さのスイッチ」と呼ばれています。

Sirt-1の主な役割

Sirt-1の主な役割は、遺伝子の活動を調節すること。紫外線や活性酸素、ストレスなどでダメージを受けた細胞を修復する酵素群を活性化し、DNAを健やかに保ちます。また、細胞分裂や代謝に関わる遺伝子のON/OFFをコントロールすることで、細胞が効率よく働く調整をします。さらにSirt-1は、炎症を引き起こす転写因子NF-κBの働きを抑えることで、組織全体の恒常性が保たれ、若々しい細胞環境が維持されるのです（図1）。

■ Sirt-1の働きとセノックスの関与（図1）

Sirt-1が活性化すると、さまざまな良い変化が全身に広がります。ミトコンドリアの数が増え、エネルギー産生が高まり、代謝が活発になります。血管では内皮細胞の機能が改善し、しなやかさが保たれます。皮膚では線維芽細胞の働きが活発になり、コラーゲンやエラスチンの産生が促されます。まさにSirt-1は「細胞の若返り司令塔」といえます。

栄養書庫発行 : 『栄養書庫フォーカス-8 奇跡の成分SENOX』より

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