1944年11月、第二次世界大戦が終焉に近づきつつあるなか、オランダ西部ではナチスドイツによる出入港禁止措置のため、深刻な食糧不足に見舞われていた。封鎖中の食料配給は、11月の時点で1日わずか1,000キロカロリー未満。翌年2月末には580キロカロリーまで制限された。

この飢饉は老若男女問わず450万人に影響し、多くの人々が飢餓状態に陥った。そうした環境でも、低体重とはいえ4万人の新生児が特に問題もなく産声を上げられたのは、不幸中の幸いだったといえるだろう。

7カ月も続いたこの飢饉は、悲劇的ながら思いもよらぬ疫学調査の機会を、当時の研究者たちに与えることになった。「オランダの飢餓の冬」を経験した妊婦たちは、同じ場所で同じ時期に急激な栄養不足に陥っていたことから、母体の栄養不足が与えうる子どもの長期的な健康への影響を調査することができたのである。

結果は驚くべきものだった。飢饉のさなかに生まれた子どもたちは低体重で生まれたにもかかわらず、成人後は高い確率で肥満となり、糖尿病、高血圧、心血管疾患、微量アルブミン尿症などの病気を発症していたのだ。さらに同じ健康上の問題は、孫の世代にも認められたのである。

この興味深い疫学調査は何を示唆しているのだろう？ 簡潔に述べると「妊娠中の栄養不足はのちに生まれてくる子どもの健康状態に影響し、生活習慣病などのリスクを高める。そしてこの特性は遺伝する」となる。これを生物学的視点でみると、環境が及ぼす遺伝子への影響がおぼろげに浮かび上がってくる。

生物学では長らく、DNAの中にある膨大な遺伝子は、生涯を通じて変わることがないと考えられていた。ところが近年の研究では、環境的な変化が遺伝子のスイッチを「オン」にしたり「オフ」にしたりし、特定の遺伝子が発現するかどうかを左右している事実が明らかになってきた［日本語版記事］。

さらに驚くことは、さまざまな環境から後天的に変化した遺伝子のスイッチが、親から次世代へと遺伝するかのような事象が数多く報告されるようになってきたことだ。そこで、ドイツのマックスプランク免疫生物学エピジェネティクス研究所のグループが、このメカニズムの解明に乗り出した。

形質が遺伝するメカニズム

研究グループは、ショウジョウバエを使用して、遺伝子のスイッチ、いわゆる「エピジェネティック」な変化が、母親から胚に伝達されるメカニズムに着目。彼らはヒトにもある「ヒストンH3のリジン27トリメチル化（H3K27me3）」と呼ばれる特定の改変に焦点を当てた。「H3K27me3」は、DNAがコンパクトに収納されているクロマチン構造を変化させて遺伝子発現を抑制することに関連している。

研究者らは、精子と卵の生殖細胞がつくられる過程で「H3K27me3」の分布を調べてみた。すると父方の精子形成の過程では激減していた「H3K27me3」が、母方の卵母細胞には豊富に残されていた（父方の「H3K27me3」も低レヴェルでは確認されている）。さらに受精後、ほかのエピジェネティックな改変が消失していたなか、母方の「H3K27me3」だけはまだ存在していることを発見。これは一体、何を意味しているのだろうか？

「これは母親が後天的に獲得した形質が、子孫に継承されることを示しています。わたしたちは、これらの形質が胚で何らかの重要な働きをしているかどうかに興味をもちました」と、論文の筆頭著者であるフィーデス・ゼンクはプレスリリースで説明している。

彼らはこれを確かめるため、ショウジョウバエの「H3K27me3」を、特定の酵素を使って消去した。すると初期発達中に「H3K27me3」が欠けた胚は、胚発生の終わりまで成長することができなかった。これは生殖において、「H3K27me3」がエピジェネティックな情報を次世代に継承させるだけでなく、胚の発達にとっても重要な役割を担っていることを示唆している。

さらに研究者らが胚を詳しく調べてみたところ、通常であれば胚発生初期にはオフになっているはずの発達遺伝子が、「H3K27me3」が欠けた胚ではオンになっていたことを発見。「胚の遺伝子コードを処理し、正確に転写するには、継承されるエピジェネティックな情報が必要とされているようだ」と、ゼンク博士はコメントしている。

母親からのガイダンス

ゼンク博士らの発見は、「H3K27me3」が母方の生殖系列から次世代に継承され、子孫の遺伝子発現調節に寄与している、という強力な証拠を示している。また成熟精子にもわずかながら「H3K27me3」が保持されており、父方のエピジェネティックな情報が受精卵に継承される可能性も示唆されている。そして環境変化が反映されているこれらの遺伝的スイッチは、無事に胚が発達するために不可欠な情報なのだ。

今回の研究はショウジョウバエを使ったものだが、「H3K27me3」はマウスの着床前の初期胚におけるクロマチン構造でも検出されており、研究者らはほかの哺乳類においても同様のプロセスを経るものと推測している。

この研究は、両親の遺伝子だけではなく、そのときの気候的な環境や、親の食生活、運動、喫煙やお酒、ストレスなどの生活習慣に影響を受けて微調整されたエピジェネティックのいくつかが、次世代へと継承される仕組みを解明した重要なものである。このマイルストーンとも呼べる研究は、『Science』で発表されている。

親は子どもの発達を導く遺伝情報を提供する。親のエピジェネティックな情報は、子どもが最初に直面するであろう環境に適応するための、母親からもらえる最初のマニュアルのようなものといえるだろう。そして親世代が後天的に得た形質は、子ども世代、そして孫の世代へと受け継げられていくのだ。