およそ1億年前、驚くべき進化の転換点が胎盤哺乳類に多様化と寒冷地への進出を可能にしました。ストックホルム大学と共同研究機関が新たに示した研究によれば、典型的な哺乳類のヒーター器官である褐色脂肪は現代の胎盤哺乳類にのみ進化したことがわかりました。
ストックホルム大学の研究チームは、ドイツのHelmholtz Munichとベルリン自然史博物館、および英国のイーストアングリア大学と共同で、私たちの遠い親戚である有袋類が完全に進化していない形の褐色脂肪を持つことを実証しました。彼らは、熱を生み出す重要なタンパク質であるUCP1が胎盤哺乳類と有袋類の分岐後に活性化したことを発見しました。この発見は、哺乳類の進化、恒温性、および代謝における褐色脂肪の役割を理解する上で非常に重要です。
「私たちの研究は褐色脂肪の起源とその調節を理解するための重要な貢献です」と、共著者のスザンネ・カイパート博士（Susanne Keipert, PhD）は述べています。「褐色脂肪のエネルギー消費機能は、肥満、糖尿病、および心代謝疾患の改善の可能性があるため、医学研究の主要な焦点となっています。」
この研究は、ストックホルム大学のヤストロッホ研究室（Jastroch Laboratory）が哺乳類の熱生産の進化に関する研究を進め、人間の代謝疾患の理解に進化的洞察を統合する最新の成果です。
新しい研究「Two-Stage Evolution of Mammalian Adipose Tissue Thermogenesis（哺乳類の脂肪組織の熱産生の二段階進化）」は、2024年6月6日にScience誌に発表されました。
有袋類のUCP1遺伝子は、若いオポッサムの脂肪組織で重要な発達期に転写され、彼らが母親から離れて寒冷ストレスを経験する時期に活性化します。これは、ほとんどの胎盤哺乳類の赤ちゃんが体温を調節するために褐色脂肪を必要とする出生時に似ています。
UCP1の転写中、有袋類には褐色脂肪で一般的に発現する多くの遺伝子が存在するが、すべてではないことが示されています。これは、有袋類が胎盤哺乳類に見られる完全に進化した褐色脂肪組織を持たないことを示しています。
ヒータープロテインUCP1は有袋類では熱を生成せず、この原始的な形の褐色脂肪が熱生成機能を欠いていることを示唆しています。ただし、有袋類のUCP1の機能はまだ発見されていません。
「この証拠は、熱生成を可能にする遺伝子ネットワークが有袋類と胎盤哺乳類の分岐前に存在していたことを示唆しています。ただし、重要なUCP1タンパク質が熱を生産する能力は、有袋類から分岐した後に進化したのです」と、シニア著者のマーティン・ヤストロッホ博士（Martin Jastroch, PhD）は説明します。
褐色脂肪の起源を解明するために哺乳類の家系図を研究することはなぜ重要なのでしょうか？
「褐色脂肪の起源を見つけるためにタイムマシンを使用することはできません。しかし、進化の歴史の異なるポイントで分岐した現存する種を調べることで、どの種が褐色脂肪を持ち、どの熱生成機械の成分が存在するかを判断できます。有袋類はおよそ1億2,000万〜1億8,000万年前に胎盤哺乳類から分岐しました。有袋類が機能する褐色脂肪とその熱生成タンパク質を持っていたならば、この器官はこの分岐前に存在していたことを示唆します。しかし、そうではないため、後に進化したと考えられます」と、カイパート博士は述べています。
研究者たちは、多くの動物からのUCP1配列情報を使用して、約1億1,000万年前に存在したかもしれない胎盤哺乳類の祖先の古代UCP1を再構築しました。彼らはこの古代のタンパク質が熱を生成できることを発見し、胎盤哺乳類の祖先には熱を生成する褐色脂肪が存在していたことを示唆しています。これは、胎盤哺乳類が新しい寒冷地で繁栄することを可能にした革新であると考えられます。
この研究は、哺乳類の進化における重要な発見を提供しています。褐色脂肪の起源とその機能の進化を理解することは、代謝疾患の治療法開発にとって重要です。この発見により、哺乳類の進化の歴史と、寒冷地での生存戦略に対する新たな視点が得られます。
