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体内時計について① 3月号

体内時計について① 3月号

体内時計について① 3月号
猪岡内科
糖尿病療養指導士 中村郁恵
 
【体内時計】
地球の自転1回は約24時間(うるう年があるように厳密には23時間56分4秒)、私たち地球に住む生物は、それに合わせるように、だいたい毎日同じ時間に起きたり、食事をとったり、仕事をしたり、眠くなったりを決まったサイクルで過ごしています。
何となく過ごしていますが、きちんと“体内時計”を持ち合わせています。
今月はその、“体内時計”の中心である“時計遺伝子の歴史や起源”について触れていきます。
 
【ノーベル賞を受賞した時計遺伝子】
2017年10月2日、ノーベル医学・生理学賞に米ブランダイス大のジェフリー・ホール名誉教授とマイケル・ロスバッシュ教授、米ロックフェラー大のマイケル・ヤング教授の3名が選ばれました。
受賞理由は「時計遺伝子の発見」です。

時計遺伝子とは、「体内時計をコントロールするたんぱく質を作る遺伝子」です。


昔から詩人や哲学者などによって“時間”が表現されてきたように、
地球上の生物は、私たちを含めて動物、植物、菌類、藻類などほとんどの生物は“サーカディアンリズム(英:Circadian rhythm)“概日リズム(がいじつリズム)”と呼ばれる1日約24時間のリズムを刻む“体内時計”を有しています。
 
サーカディアンリズム(Circadian rhythm)の名前の由来は、
ラテン語の“約、概ね”を意味する“Circa”“日”を意味する“dies”からとられており、“概ね一日のリズム”という意味です。
 
その時計遺伝子が発見されるまでの歴史についてです。
【時計遺伝子発見の歴史】
ことの起こりは18世紀、フランスの天文学者であるドゥ・メランがオジギソウの葉が昼間は開き、日が落ちるとともに閉じることを不思議に思い、暗い場所にずっと置いたらどうなるか調べたところ、一定のリズムで葉を開いたり閉じたりすることを発見しました。これにより、植物に体内時計があることが示されました。


次に、1970年代、カルフォルニア大学の行動遺伝学を研究するベンザー博士は“行動”という高度な脳の機能も遺伝子が規定するのではないかと考えました。
そして、教え子であるコノプカ博士とともに、ショウジョウバエでの研究をしていたころ、体内時計が24時間よりも長い個体、短い個体、体内時計のコントロールがきかない個体などの突然変異した個体を探し出し、この遺伝子を突き止め、「period(周期)」と名づけました。
 
これにより、動物にも時計遺伝子があることが証明されます。
残念ながら、当時の技術では遺伝子の同定まで至りませんでしたが、
後の1984年、ジェフリー・ホール博士、マイケル・ロスバッシュ博士、マイケル・ヤング博士たちは、period遺伝子の同定に成功しました。
(同定:遺伝子を突き止めること)
これがのちに2017年にノーベル賞受賞へとつながります。
 
【概日リズムの起源】
少しサイエンスな話になりますが、概日リズムの起源をみてみましょう。
地球は太陽の周りを公転する惑星の1つで、太陽からは紫外線、可視光線、赤外線に分類される“太陽光線”が届きます。
地球自体も24時間1サイクルで自転しており、太陽光の届く昼間と、届かないを交互に過ごします。


私たち地球上の生物は、日々DNAを複製、修復しながら生活していますが、太陽からの“紫外線”の害を受けないために、太陽光の届かない夜にDNA複製をするように進化し、それが概日リズムの起源になっていると考えられています。
それは最も古い細胞に起源を持ち、現存するアカパンカビ(Neurospora)は、このような時計制御された複製機構を保有しています。
 
24時間の地球の自転により、太陽光を浴びて朝目覚めて活動を開始し、夜は睡眠をとって体の修復を行う。地球上で暮らす生物として、とても合理的な進化ですね。
 
前回は、睡眠の仕組みの1つ、睡眠恒常性維持機構の仕組みについてお話ししましたが、2つめの仕組み概日リズム機構による睡眠制御です。
これは毎日夜の一定時刻になると働き、睡眠を起こすという仕組みです。
 
【体内時計の仕組み①】
1月号の復習で、睡眠を起こさせる機構は2つあり、そのうちの1つである
“恒常性維持機構”では、ししおどしのように脳に疲れが溜まってくると恒常性を保とうとして眠くなるとお話しました。
 
もう1つの仕組みは、毎日のサイクルで夜になり“いつもの寝る時間になった”から眠くなるという仕組みは脳の奥にある“体内時計”が司っています。
 
哺乳類の体内時計は脳の視床下部の視交叉上核(しこうさじょうかく)にあります。光を浴びると網膜から脳に信号が伝わり時計を調整しています。

体内時計のある視交叉上核は約20000個の神経細胞の働きにより、
夜になると体の内部体温を少しずつ下げ、そして代謝を全体的に下げ、血圧を下げ、体全体を休息に適した状態にさせていきます。こうした体内時計の作用によって私たちは夜の一定時刻になると、次第に眠たくなってくるわけです。

朝起きるのも体内時計の作用によります。
いつも起床する時刻の2時間前くらいになると、体内時計は体の内部体温が徐々に上げ、目覚める準備を始めます。そして、これが一定のレベルに達すると、私たちは目覚めるのです。
このように、体内時計は私たちが意識しないところで、地球の自転によりもたらされる24時間の明暗サイクルに合わせて時を刻んでおり、一定の時刻になったら睡眠を起こし、朝の一定の時刻になったら、目が覚ますというおよそ24時間のリズムを支えています。
 
来月はもう少し詳しく掘り下げていきます。
 
 

2021-03-30 09:41:24

睡眠

 
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