88種のメバル属のゲノムを比較し、長寿に関連する遺伝子を突き止める

88種のメバル属のゲノムを比較し、長寿に関連する遺伝子を突き止める 生物学
カリフォルニア沿岸の深海に生息し、140年以上の寿命を持つイエローアイロックフィッシュ。©The Southwest Fisheries Science Center ROV dive team

環太平洋地域では、メバル属がメニューに載っていますが、ほとんどの場合、魚の産地や137種のうちどの種が載っているかを気にすることなく、単にメバルと呼ばれたりします。

しかし、この一見無名の魚は、地球上の脊椎動物の中で最も長寿であることから、寿命を決定する遺伝子や、長生きすることのプラス面とマイナス面を知る手がかりを持っています。

カリフォルニア大学バークレー校の生物学者たちは、今週の学術誌「Science」に掲載された研究で、太平洋沿岸に生息する既知のメバル属の約3分の2の種のゲノムを比較し、寿命が大きく異なる原因となる遺伝子の違いを明らかにしました。

色鮮やかなカリコメバル(Sebastes dallii)のように、10年程度しか生きられないメバルもいれば、日本からアリューシャン列島にかけて生息するメバル属の中で最も長寿の種であるアラメヌケ(Sebastes aleutianus)は、冷たく深い沿岸水域の海底に200年以上も生息することがあるといいます。

これらの魚の寿命、大きさ、生活様式、生態的ニッチなどの違いを科学者たちは「表現型」と呼んでいますが、これらはわずか1,000万年の間に進化したもので、魚類の中でも最も急速なものの一つです。

The 200 year rockfish lifespan

動画:アラスカメヌケを、短命なものから長命なものへとモンタージュしたもの。

研究者たちは、メバル属の寿命を決定する遺伝子を明らかにするために、88種のメバルから組織を採取し、時には味見をしながら、パックビオ(SMRT)シーケンスと呼ばれる最新の技術を用いて、メバルの全ゲノムの塩基配列を決定しました。

その結果、長寿に関連するさまざまな遺伝子が見つかりました。

これらの遺伝子の中には、水深が深くなったり、体が大きくなったりして、寿命が延びることに適応したものも含まれています。

また、哺乳類では、長寿のゾウよりも短命のネズミの方が圧倒的に数が多いという事実があり、長寿のトレードオフとして、個体数の減少が挙げられます。

カリフォルニア大学バークレー校の統合生物学助教授であるPeter Sudmant氏は、「今回の研究では、極端な寿命への適応の遺伝的原因と結果の両方を明らかにしました。」と述べています。

カリコメバルの最大寿命は約12年と報告されており、太平洋のメバルの中では最も短命である。

カリコメバルの最大寿命は約12年と報告されており、太平洋のメバルの中では最も短命である。サンフランシスコからバハ・カリフォルニアまでのカリフォルニア沿岸に生息している。©K. Lee

今回の研究では、これらの経路にいくつかの新しい遺伝子が関与していることが明らかになりましたが、Sudmant氏は、彼と彼のチームが寿命に関連するとした生物学的経路の多くは、単一の動物種内の変動に関する遺伝学的研究で以前に発見されていることを認めています。

とはいえ、太平洋上に分布するこの1属の魚の自然変異は、寿命に影響を与える多くの遺伝的要因のほとんどを独自に集約しています。

「メバル属は、サイズや水深に適応して非常に長く生きることができる個体レベルと、異なる傾向を示すさまざまな種の両方において、ある意味で完璧な嵐のようなものだと考えることができます。他の研究者が1つの種だけを調査していたのに対し、この研究では完璧な個体群を調査することができました。」と彼は言います。

今回の研究は、人間の寿命を理解する上でも意味があります。

Sudmant氏らは、長寿の種は短命の種に比べて、免疫調整遺伝子、特にブティロフィリンと呼ばれるグループが多いことを発見しました。

免疫系は炎症の制御に関与しており、人間の老化には炎症の増加が関与していると考えられているため、今回の発見は、加齢に伴う体内の損傷を遅らせるための治療薬の標的となりうる遺伝子を示唆しています。

「自然界に目を向ければ、自然の適応がどのように寿命を形成してきたかがわかり、同じ種類の遺伝子が私たちの体内でどのように作用しているかを考える機会になるでしょう。」と述べています。

魚類の寿命の変化の多くは体格と生息地によるもの

この研究のためにゲノムを解読した88種のメバルのファミリーツリー。

この研究のためにゲノムを解読した88種のメバルのファミリーツリー。各種の寿命は色のついた棒で示されており、最も長命なアカメヌケ(黄色の棒)から多くの短命な種(青色の棒)まである。©Peter Sudmant

研究チームは、寿命の長い魚に多く見られるDNAの変異を調べたところ、137個の寿命に関連する遺伝子変異が見つかりました。

しかし、これらのすべてが寿命に直接影響を与えるわけではありません。

メバル属が水深の深い場所に適応したり、体が大きくなったりするための遺伝子変異は、それ自体が寿命を延ばすという副次的な効果があるため、研究者たちは慎重に分けて考えました。

例えば、水深が深く温度が低いと代謝が低下するため、多くの動物では寿命が延びることになります。

「成熟時のサイズと生息する水深を調べるだけで、寿命の変動の60%を説明することができます。そのため、これらの要素からかなり高い精度で寿命を予測することができます。」とSudmant氏は言います。

長寿に関連する残りの変異は、主に次の3種類の遺伝子に関連していました。

DNAを修復する遺伝子の数の増加、寿命に影響を与えることが古くから知られているインスリンを調節する多くの遺伝子の変異、免疫系を調節する遺伝子の増加です。

DNA修復遺伝子が多ければ、がんを防ぐことができ、免疫遺伝子が多ければ、がんだけでなく感染症も防ぐことができると考えられます。

Sudmant氏は、「この魚では、インスリンシグナル伝達経路の6つの異なるメンバーが選択されています。もしあなたが、教科書を見ればと、経路のコアメンバーは9〜10程度なので、その大半がメバルで選択されていることになります。」

Sudmant氏によると、メバルの中には、より深くて冷たい水域に適応し、体を大きくすることで寿命を延ばしている種があるといいます。

しかし、最も長寿の種は、DNA修復、インスリンシグナル、免疫調節などの遺伝子に手を加えることで、さらに寿命を延ばしていたのです。

研究チームは、88種のメバルのゲノムから、メバルの祖先のゲノムがどのようなものであったか、また、1,000万年前の共通の祖先からどのように種が進化したかを推測することもできました。

寿命が延びると、個体数が減ることがわかりました。

長寿種の中には、高齢だが非常に繁殖力の強い雌に頼って個体数を維持しているものがあります。

これらの大きくて年老いた太った繁殖力の強い雌魚(魚類保護の業界では「BOFFF」と呼ばれている)は、次世代の種となる子供の大半(生存率は低いものの、年間数百万匹に上ることもある)を産みます。

「そして、ある種の生物が短命に進化すると個体数が増加し、長命に進化すると個体数が減少することを観察しました。この現象は、種のゲノム、つまり種に存在する遺伝的変異の中に見ることができます。つまり、長寿と短命に適応することには結果があるのです。」

また、興味深い発見のひとつとして、長寿種では、ある種のDNA変異が過剰に発生していることが挙げられます。

特に、CG(シトシン-グアニン)からTG(チミン-グアニン)へのヌクレオチドペアの変換は、加齢とともに腫瘍に蓄積されることが知られています。

このような長寿種では、最年長の雌がほとんどの子供を産むため、このような異常な遺伝子変化が他の長寿種にも受け継がれていきます。

フラッグロックフィッシュは、最大で約36年の寿命が報告されている。

フラッグロックフィッシュは、最大で約36年の寿命が報告されている。カリフォルニア州とバハカリフォルニア州の沿岸に生息しています。©Southwest Fisheries Science Center ROV dive team

Sudmant氏と彼の研究室の同僚たちは現在、コウモリや霊長類、その他の生物の間で同様のゲノム比較を行い、寿命、老化、ストレス、その他の表現型の違いに関連する遺伝子を調べています。

しかし、このメバル属のプロジェクトは特別なものだったと彼は言います。

「遺伝学の世界では、しばしば『漁夫の利を得るための実験』と揶揄されます。今回のプロジェクトは、文字通り、そして比喩的にも『漁夫の利』だったのです。」

カリフォルニア大学バークレー校の博士研究者で、現在はカナダのブリティッシュコロンビア州にあるヴィクトリア大学に所属するSree Rohit Raj Kolora氏とGregory Owens氏は、本論文の共同筆頭著者です。

その他の共著者は、カリフォルニア大学バークレー校のJuan Manuel Vazquez氏、Alexander Stubbs氏、Kamalakar Chatla氏、Doris Bachtrog氏、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のConner Jainese氏、Katelin Seeto氏、Merit McCrea氏、Milton Love氏、西アラバマ大学のMichael Sandel氏、チリのカトリック大学のJuliana Vianna氏、ワシントン大学のKatherine Maslenikov氏、James Orr氏です。

Published by University of California – Berkeley. Sree Rohit Raj Kolora et al, Origins and evolution of extreme lifespan in Pacific Ocean rockfishes, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abg5332.