【研究成果】世界初 硫黄呼吸のメカニズム解明 ～がん細胞とも深いかかわり～

　本学大学院医学研究科の赤池孝章教授らのグループが、ヒトを含む哺乳類が硫黄代謝物を利用したエネルギー産生系を持つことを明らかにした。これまで概念として存在していた硫黄呼吸のメカニズムを明らかにしたのは世界で初めてのことだ。




　「呼吸」とはエネルギーを産生する代謝機能のことで、ヒトを含む哺乳類主に酸素呼吸を行う考えられていた。しかし、深海や地中といった酸素の存在しない環境で生存している細菌は酸素による呼吸ではなく、硝酸や硫酸によって呼吸をし、エネルギーを生産しているとされてきた。硝酸で行うものが硝酸呼吸、硫酸で行うものは硫酸呼吸と呼ばれており、今回の発見で解明されたのは哺乳類が行う硫黄呼吸だ。

　硫黄呼吸の発見には元々赤池教授が携わっていたアミノ酸「システイン」の研究がきっかけとなった。まず、ミトコンドリア内に存在する特定の酵素により、硫黄を含むシステインに、さらに硫黄を結び付け過硫黄化し「システインパースルフィド」という物質が作られていることを明らかにした。このシステインパースルフィドは強い抗酸化作用を持っていることも判明されていたので、それがどのように活用されているのかを研究していた。すると、システインパースルフィドを酸素の代替物として利用していることを突き止め、硫黄呼吸のメカニズムを解明した。

　硫黄呼吸の特徴の一つは酸素呼吸で産生される毒性のある活性酸素を中和する役目を担っていることだ。一方、酸素呼吸と比べて硫黄呼吸が生み出す活動エネルギーの量は少なく、産生の効率も悪い。つまり、硫黄呼吸と酸素呼吸の両方を使うことが効率の良いエネルギー産生につながる。

赤池教授は今回の発見を「一連の研究の繋がりによって生まれたもの」と述べる。今回の発見はシステインパースルフィドが何に使われているかを考える過程で、硫黄呼吸に使われているのではないかと思ったことがきっかけだった。

　さらに、硫黄呼吸の発見は教授が長年心の中に引っかかっていたあることも解決した。教授が使用していた細菌学の教科書の中に、エネルギー代謝についての記述があった。そこには嫌気性細菌（酸素以外で呼吸する細菌）は酸素以外の化合物を使って代謝すると書かれていたが、詳しい代謝機構は記されていなかった。しかし、今回の発見で嫌気性細菌の代謝の一部が硫黄呼吸によって行われているとわかったのだ。

　硫黄呼吸は悪性度の高いがん細胞や幹細胞など、体内の低酸素環境で生存している細胞のエネルギー代謝と深くかかわっている可能性があるという。研究が進めばがんの診断・予防治療や寿命のさらなる伸長といった生命科学技術の発展が期待される。