2021年ノーベル医学・生理学賞 解説

PIEZO遺伝子の配列を調べると驚くべきことがわかりました。PIEZOは細胞膜貫通領域を38個持つ巨大な分子だったのです。比較として、TRPチャネルの膜貫通領域の数は6個です。そしてこのような大きな分子の場合、2000年以前の技術では遺伝子を調べることが難しく、このためピエゾがそれまでの研究では報告されていなかったのです。PIEZOは3つの分子で一つのチャネルを構成します。PIEZOチャネルの形は扇風機の羽のような形をしていて、3枚の大きな羽の真ん中にイオンが通過するチャネルの穴があります。そしてこの大きな羽の部分が細胞膜に埋まっていることで、細胞膜上の力の変化に応答してチャネルが開くのだろうということがその後の解析により分かってきました（この仮説を証明するための研究は今も続いています！）。

パタプティアン研究室がマウスを用いた実験によりPIEZO2が皮膚触覚の本体であるメカノセンサー受容体であることを報告して2年後、医者の研究チームはPIEZO2が機能しなくなる遺伝子変異を持つヒトの患者を見つけ、彼らでは皮膚触覚が失われていることを報告しました。これらの患者さんは姿勢が悪いことから医者にかかることになり、その原因を探したところPIEZO2に変異があることがわかりました。これらの患者さんでは、手にした物が震えているかどうか判別できず、細い棒で皮膚をつつかれたとき先端が2つあるのか1つなのか分かりませんでした。また、目をつぶった状態で人差し指で鼻を触るという動作をするように言われると、健常者はこの動作をスムーズに行うことができますが、PIEZO2が機能しなくなっている患者では指先はなかなか鼻に辿りつきませんでした。このスムーズな動作は機械受容感覚神経の一部が筋肉や関節につながっていることで可能となるものであり、固有感覚と呼ばれています。固有感覚は運動をスムーズに行うためにも重要な感覚です。このようなテストから、PIEZO2がヒトにおいても確かに皮膚触覚や固有感覚を担うメカノセンサー分子であることが確かめられました。

こうしてPIEZO2が長い間ミステリーであった皮膚触覚を担うメカノセンサー分子であることがわかりました。しかしパタプティアン研究室の発見はこれだけにとどまりませんでした。PIEZO2やPIEZO1を介したメカノセンシングが体の様々な細胞で重要な働きをしていることが分かったのです。例えばPIEZO2は肺につながっている感覚神経にも発現していて、これが息を吸った時に肺の体積が増加することを検出して、呼吸のパターンを調節していることがわかりました(野々村の研究)。またPIEZO1はリンパ管や血管の内皮細胞に発現していましたが、これは弁という管内部のリンパ液や血液の逆流を防ぐ構造を作り出す際に必要であることがわかりました(野々村の研究)。これに加えて赤血球に発現するPIEZO1の活性がマラリア感染症の防御に関わることもわかりました。こうして、PIEZOを手がかりとして体の色々な細胞や臓器を調べることを通じて、PIEZOによりに細胞が「力」を検出し、臓器の様々な機能の調節に役立てていることが分かり始めてきました。

PIEZOの遺伝子が見つかってから約10年で上述のようにたくさんのことが分かってきました。生物学では1つの研究に5年以上かかることも普通です。パタプティアン研究室では研究室のメンバー（研究員と大学院生とパタプティアン博士）が活発に議論を行うことで研究のアイディアを広げていきました。そして各メンバーがそれぞれ得意とする実験を担当し、お互いのプロジェクトを助け合って進めることで、短期間に沢山の研究が行われました。パタプティアン博士はこのように活気ある研究室を作り出すためには、お互いの信頼関係を築くことや、各メンバーが研究と人生を楽しむことが大事だと考えています。このために、研究室では皆でキャンプに行ったり、卓球台を研究所に設置して一緒に過ごす時間を大切にしていました。また研究室内だけでなく、他の研究室とも精力的に共同研究を進めてきました。パタプティアン博士はユーモアも好きです。例えばPIEZO1を活性化する薬剤を見つけた時にこの薬にヨーダ１と名付けました。これは研究室の皆が大好きなスターウォーズのヨーダに因んでいます。スターウォーズの名台詞は「フォースと共にあれ」です。フォースは日本語で「力」を意味しますから、フォース(力)センサーであるPiezoを活性化する薬の名前としてぴったりですね。

こうして、長年ミステリーであった皮膚触覚を担う受容体としてメカノセンサーチャネルPIEZOを見つけたこと、そしてPIEZOをきっかけに体の色々な臓器でのメカノセンシングの役割を明らかにしたという功績によりパタプティアン博士は2021年のノーベル医学生理学賞を受賞しました(温度受容体TRPチャネルを研究したデビット・ジュリアス博士と同時受賞)。ノーベル賞受賞者の講演は12月7日（日本時間 夜10時）から行われます。ユーモア好きのパタプティアン博士がどんな講演をされるのか、私(野々村)はとても楽しみにしています。またパタプティアン博士は現在はアメリカ国籍ですが生まれはアルメニア人で、戦争から逃れるために18歳の時にアメリカに渡ってきたそうです。そして大学で基礎研究と恋に落ちたと語っています。ノーベル賞の講演ではもしかしたらその冒険のような半生についてもお話しされるかもしれません。パタプティアン博士の講演を聞いて、彼の研究と人生のワクワクを皆さんにも感じていただけると嬉しいです。

皮膚触覚は物体の識別だけでなく、握手やハグといった人間のコミュニケーションにおいても大事な感覚です。今回の皮膚触覚と温度感覚の研究に対するノーベル賞受賞が、皆さんにとって「感覚とは何か」、「感覚によって私たちは周りの世界とどのように関わりを築いているのか」を考えるきっかけとなり、体の仕組みの面白さを感じていただけると嬉しいです。また体の中で様々な臓器が正常に機能する際にはメカノセンシングによる調節が大事であることが、最近の研究によりようやく分かり始めてきました。このように、自分にとって一番身近な存在である「体」の内にはまだまだ沢山のミステリー（人類がまだ理解していないこと）があります。研究により「不思議」が「分かった!」に変わる瞬間が、私たち科学者/研究者にとって一番嬉しく楽しい瞬間です。