父親由来のミトコンドリアが及ぼす影響—進化が排除を選んだ理由とビタミンK2の可能性
ミトコンドリアDNAは母親からのみ受け継がれる、というのは生物学の基本ですが、なぜ父親由来のミトコンドリアが排除されるのか、その理由は長らく謎でした。コロラド大学ボルダー校の研究者らは、2024年10月4日付のScience Advances誌に発表した研究で、この現象に新たな光を当てました。論文タイトルは「Moderate Embryonic Delay of Paternal Mitochondrial Elimination Impairs Mating and Cognition and Alters Behaviors of Adult Animals（父性ミトコンドリア除去の胚性遅延が交尾や認知を損ない、成体の行動を変化させる）」です。
この研究では、父親由来のミトコンドリアが胚に残存すると、成体で神経学的、行動的、生殖的な問題を引き起こす可能性があることが示されました。また、これらの問題を解決する可能性を持つ簡単な治療法として、ビタミンK2が提案されています。
父性ミトコンドリアの排除とその重要性
ミトコンドリアは細胞内の「バッテリー」と呼ばれ、アデノシン三リン酸（ATP）を生成して細胞の機能を支える重要な役割を果たしています。しかし、ミトコンドリアDNAは通常、母親からのみ受け継がれます。2016年、研究リーダーのシュー・ディン博士（Ding Xue, PhD）は、父性ミトコンドリアが自己破壊する「父性ミトコンドリア除去（PME）」という多面的なメカニズムを解明しました。この現象は線虫、げっ歯類、人間でも確認されています。
シュー博士は「進化は、父性ミトコンドリアを完全に排除するために複数のメカニズムを採用しているのです」と述べています。父性ミトコンドリアは受精時点で既に疲弊し、遺伝的に損傷している可能性が高いため、次世代に悪影響を及ぼすリスクを避けるために排除されると考えられています。
遅延した排除が引き起こす問題
今回の研究では、モデル生物である線虫 C. elegans を使用し、PMEを約10時間遅らせることで影響を調べました。その結果、ATPレベルが大幅に低下し、生存できた場合でも認知能力や活動性、生殖能力に問題が生じました。これにより、PMEが正確にタイミングよく実行されることの重要性が強調されました。
ビタミンK2による解決策の可能性
興味深いことに、研究チームが線虫にビタミンK2の一種であるMK-4を投与したところ、ATPレベルが正常に戻り、認知能力や活動性、生殖能力が改善されました。ビタミンK2は骨の健康サプリメントとして知られていますが、この研究により新たな治療の可能性が示されました。
人間への応用とミトコンドリア病の理解
現在、父性ミトコンドリアDNAが人間に見つかった症例は数件にとどまりますが、それらは呼吸困難、筋力低下、疲労感、神経学的症状などを伴う難解な疾患と関連しています。PMEの遅延が、ATP異常による広範な健康問題の原因となっている可能性が示唆されました。
シュー博士は、ミトコンドリア病のリスクを持つ家族が予防策として妊娠前にビタミンK2を摂取する未来を想定しています。また、この研究は診断や治療法の進展につながる可能性も秘めています。
「ATPに問題があれば、生命のあらゆる段階に影響を及ぼす可能性があります。この研究は、未解明の多くの病気の手がかりを提供します」とシュー博士は述べています。
画像：二人のミトコンドリア
