私たちの体を作る設計図はDNAですが、その情報を元に、生命活動を実際に担うタンパク質を組み立てる「工場」があることをご存知でしょうか？ それが、細胞内に無数に存在する「リボソーム」です。かつては、ただ黙々と指示通りに働き続ける単純な作業機械だと考えられていました。しかし、もしこの小さな工場が、それぞれに個性と専門性を持ち、がんや神経難病といった病の発症に深く関わっているとしたら…？
スタンフォード大学医学部の研究チームが開発した画期的なツールが、この小さな工場の驚くべき秘密を暴き、新たな治療法への扉を開こうとしています。
新しいツールが、細胞のタンパク質工場であるリボソームが、がんや神経変性疾患などの治療法を切り開く可能性のある方法で、いかにして専門化しているかを明らかにしています。スタンフォード大学医学部のマリア・バルナ博士（Maria Barna, PhD）と彼女のチームが、その深淵に迫っています。
私たちが生命の設計図について考えるとき、私たちは体のあらゆる細胞に保存されている遺伝コード、すなわちDNAに注目しがちです。しかし、DNAは物語の一部に過ぎません。その指示が意味を持つためには、それらが読み取られ、生命活動を実際に担う分子であるタンパク質に変換されなければなりません。そこで登場するのがリボソームです。私たちの体にある平均的な細胞には数百万個のリボソームが含まれており、それらは生命にとって絶対不可欠な存在です。リボソームは、遺伝コードを読み取って、代謝を動かす酵素から感染と戦うのを助ける抗体まで、あらゆるタンパク質を生産する分子機械なのです。
スタンフォード大学医学部の遺伝学准教授であるマリア・バルナ博士（Maria Barna, PhD）は、リボソームがどのように機能し、どのように専門化して異なるタンパク質を生産するのか、そしていつどこでタンパク質が作られるかを制御することで細胞の機能をいかに操ることができるのか、その解明にキャリアを捧げてきました。最近、バルナ博士は2025年3月7日付の学術誌『Science』に、リボソームの位置と挙動をマッピングするための2つの新しいアプローチを詳述した論文を発表しました。これは、これまで不可能だった単一リボソームの解像度での研究です。その論文は「A Subcellular Map of Translational Machinery Composition and Regulation at the Single-Molecule Level（単一分子レベルでの翻訳機械の構成と制御の細胞内マップ）」と題されています。かつて、他の多くの人々と同じように、バルナ博士自身もリボソームの重要性に懐疑的だったとは信じがたいことです。
リボソームがいかにしてその価値を証明したか
過去、生物学者たちはリボソームを受け身の機械と見なしていました。遺伝物質の鎖を投入すれば、それに対応するタンパク質を組み立てる、と。「長い間、リボソーム自体が細胞や組織生物学の重要な側面を制御する上で興味深い存在になるとは思っていなかったことを、私は真っ先に認めます」とバルナ博士は語りました。
その後、2000年代初頭に始まったバルナ博士や他の研究者たちの研究により、リボソーム遺伝子の変化が異常な発生異常や疾患につながることが示されました。バルナ博士自身の発見もこの分野を前進させる助けとなり、リボソームがどのタンパク質を生産するかについて、選択的、さらには戦略的である可能性を示唆しました。
「私たちはかつて、リボソームは一種類しかないと考えていました」と彼女は言います。「今では、何百万ものバリエーションが存在する可能性があり、それぞれが異なる細胞で異なる役割を果たし、リボソームが細胞の制御に積極的な役割を果たすことを可能にする制御の層が幾重にも重なっているように見えます。」
リボソームと疾患の関連
リボソームの働き方の変化は、人間の健康に劇的な影響を及ぼす可能性があります。いくつかの例を挙げます。
リボソーム遺伝子に変異を持って生まれた赤ちゃんは、しばしば重篤な疾患を抱えています。臓器全体が欠損していたり、骨に奇形があったり、重度の貧血を患っている場合もあります。
アルツハイマー病やパーキンソン病のような病態は、誤って折りたたまれたタンパク質の凝集と関連しており、これはリボソームの活動不良によって生じることがあります。
がん細胞は、腫瘍が急速に成長するために必要なタンパク質を生産するために、しばしば過剰に活性化したリボソームを持っています。
リボソームを研究する新手法
リボソームは非常に小さく、細胞内に非常に多いため、それらが密集する正確なパターンを特定することは、標準的な顕微鏡では困難でした。バルナ博士のチームは、元大学院生のジジャン・チャン博士（Zijian Zhang, PhD）とアデル・シュー医学博士（Adele Xu, MD, PhD）が主導し、前例のない詳細さでリボソームを研究するための2つの最先端技術を開発しました。
リボソーム膨張顕微鏡法: この技術では、科学者は細胞を特殊なゲルに埋め込んで膨張させます。これにより、リボソームを拡大して、それらがどのように配置されているかをはるかに詳細に見ることが可能になります。
光遺伝学的近接標識法: 光を使って細胞内の特定の小領域にある分子タグを活性化させることで、研究者はその場所に基づいてリボソームを分離し、研究することができます。これにより、それらにどのようなタンパク質が付着しているか、またどのような遺伝情報を読み取っているかが明らかになります。
「以前は、リボソームを細胞全体に広がる黒い点として見ることはできましたが、それらを本当に区別したり、互いに、あるいは細胞内の構造とどのように関連しているかを見ることはできませんでした」とバルナ博士は説明しました。
新手法が示したこと
これらの技術を併用することで、バルナ博士と彼女の同僚たちは、ユニークな構成を持つリボソームが専門化されたクラスター（集団）を形成し、必要な場所の近くでタンパク質を生産することを発見しました。例えば、細胞の発電所であるミトコンドリアによるエネルギー生産に必要なタンパク質は、ミトコンドリアのすぐ近くに位置するリボソームのクラスターによって生産されていました。
「これは、タンパク質がどこで、どのように作られるかについて、全く新しい考え方につながります」とバルナ博士は言います。
彼らはまた、初めて、リボソームが神経細胞内でどのように配置されているかを示しました。この研究は、神経変性疾患の間にリボソームで何がうまくいかなくなるのかを理解する上で、最終的に鍵となる可能性があります。
なぜこれがゲームチェンジャーとなりうるのか
これまで科学者たちは、リボソームの活動について、まるで森の真ん中に立って地図を作ろうとするような、大雑把な地上からの調査しかできませんでした。これらの新技術は、高解像度の衛星を打ち上げるようなもので、研究者は細胞内のタンパク質生産の全体像を驚くべき明瞭さで見ることができます。
RiboExMとALIBiで収集された初期データは、リボソームがすべて同じように作られているわけではないという増え続ける証拠を裏付けています。その構成は細胞の種類によって、また単一の細胞内でさえも異なり、いつどこでどのタンパク質が作られるかに影響を与えます。
この詳細なレベルでリボソームをマッピングすることは、私たちが多くの疾患を理解し、治療する方法を変える可能性があります。リボソームがどこでどのように機能し、そして機能不全に陥るのかを特定することで、研究者は体全体のタンパク質生産を妨げることなく、リボソームの特定のサブセットを標的とする治療法の開発に着手できるのです。
リボソーム研究の次なる展開
バルナ博士の研究室は、さらに詳細に、そしてより多様な細胞タイプでリボソームの活動を捉えるために、彼らのツールをさらに洗練させる計画です。
彼らは、様々な疾患や環境条件に応じてリボソームの構成やクラスターがどのように変化するかを調査したいと考えています。バルナ博士はまた、タンパク質の生産がより間違いを起こしやすく、非効率になる時期である老化に伴い、リボソームの構成と活動がどのように変化するかも理解したいと望んでいます。
バルナ博士によると、他の研究者たちはすでにRiboExMとALIBiを自分たちで使ってみたいと問い合わせてきており、彼女はこれらの手法が今後も普及していくことを期待しています。
「これは、今後リボソームを研究する際に期待されるべき詳細さと解像度のレベルに、新たな基準を打ち立てるものです」と彼女は述べました。
このシリーズについて
医学的介入につながる発見を成し遂げるのは、基礎科学と、それに研究室と人生を捧げる研究者たちにかかっています。「Behind the Science」は、その科学とスタンフォード大学医学部の研究者たちに捧げられています。
画像：リボソーム
