酵素グリオキサラーゼと皮膚内におけるその保護作用

エリオス(LVMH研究所)とパリ第6大学(ピエール エ マリー キュリー大学)の研究者が、実際に皮膚が自然の保護システムを有していることを確認

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GLO発現と活性

細胞内で起こるタンパク質の変性は時と共に、細胞組織に不可逆な損傷を与える。グリオキサラーゼ(GO)は、強力な天然の体内損傷防止系の一つであり、パリ第6大学(ピエール エ マリー キュリー大学)とディオールの研究員らによる新実験に、皮膚細胞中に存在している。GLOは、2種の細部内酵素、グリオキサラーゼ1(GLO1)とグリオキサラーゼ2(GLO2)から成っていて、2つは互いに連絡しあって、日常の代謝や、紫外線や汚染物質などの他の酸化ストレスにさらされることで生じたある種の有害なジカルボニル化合物を解毒する。

新結果は、皮膚での活性酸素(ROS)の有無に関わらず、特にジカルボニル化合物であるグリオキサル(GO)とメチルグリオキサル(MGO)によって行われる変性は、エラスチンやコラーゲンといった細胞外の構造やタンパク質だけでなく、細胞内の構造やタンパク質にも影響を及ぼすことを示している。GLOはGOとMGOが生成されるとすぐにそれを検知して中和するため、細胞やDNAやタンパク質などの細胞構成要素に害が及ぶのを防ぐ。

GLO1に続いてGLO2という2段階による防御を提供し、酵素はグリコール酸塩(グリオキサルの場合)などの無害の分子を生じさせる。

ディオール研究所のカリーヌ・ニザール氏とパリ第6大学(ピエール エ マリー キュリー大学)とエリオス(LVMH研究所)のイザベル・ペトロポーラス氏が率いる研究グループが初めて、GLO系がヒトの表皮細胞(組織再生を司どる細胞)と真皮の繊維芽細胞(皮下組織のすぐ上にある層)に位置することを突き止めた。しかしながらGLOは、加齢に伴って弱くなり効果が衰えるようだ。不運なことに、皮膚が紫外線に晒されることでGLOの衰弱が早まる。


GLO酵素は、肌のどこにあるのか

なぜこのようなことが起こるのかを理解するために、研究者らは、若い人と年配の人、あるいは太陽の光を浴びた人の皮膚サンプルのどこにGLO酵素が位置しているのかを突き止めようと、免疫化学染色と呼ばれる技術を用いた実験を行った。実験にあたり、ニザール氏、ペトロポーラス氏、および博士課程の学生、サブリナ・ラジェイ氏は、サンプルの断面をGLO1とGLO2に結合する抗ヒト抗体で着色した。  

そして、腹部の皮膚手術時の年配の人と若い人の皮膚のバイオプシーよりサンプルを入手した。年配の人の皮膚サンプルは平均63.2 +/- 1.6歳のドナーのもので、若い人の皮膚サンプルは平均27.5 +/- 1.7歳のドナーのものである。また26歳から65歳のドナーによる大人の通常の表皮角化細胞(NHEK)についても調べ、NHEKは複製老化を被りやすかったが、それは人工的に老化したためにこれ以上増殖できず、老化の兆候(特定の生物指標化合物)を示した。最後に、太陽光線を浴びた皮膚細胞(前腕より採取)と太陽光線から保護した皮膚細胞(上腕内側)を観察した。そのサンプルもまたバイオプシーより入手したものであった。

GLO発現と活性

全サンプルにおいて、GLO1は主に表皮基底層(幹細胞のあるところ)に、GLO2は角化細胞の上層部に位置していることが分かった。全般に、年齢が進むにつれての真皮の繊維芽細胞でのGLO発現に変化はなかったが、GLO1の活性と発現は低下した。これらの変化は、GLO系が皮膚が老化すると自らの役割をきちんと果たせず、損傷を受けたタンパク質が細胞内で増えることを意味している。このタンパク質の増大は、紫外線で老化した年配の人の皮膚サンプルでも生じたが、紫外線を浴びていない若い人の皮膚ではそれほど生じなかった。

一方、GLO1が多く出現する表皮基底層では、若い人の皮膚サンプルでも年配の人の皮膚サンプルでも損傷を受けたタンパク質は増えなかった。このことは、GLO系は前駆細胞を損傷から守るのではないかということを意味している。

「ずっと以前から、紫外線に当たるとROS生成が増加し、DNA変性が生じ、タンパク質が酸化することで、皮膚の老化を早めることが知られていました。」とニザール氏とペトロプロ氏は説明する。「私たちの新しい研究では、太陽光線を浴びた皮膚と太陽光線から保護した皮膚のサンプルでのGLO1発現にははっきりした違いが見られませんでした。ただ、年配の人の皮膚サンプルでは、皮膚に太陽光線が当たった場合、糖化タンパク質が多く蓄積されることがわかりました。蓄積は主に真皮に起こっていましたが、表皮にも見られました。GLO2酵素の発現は、太陽光線に当たった場合、若い人の皮膚サンプルでも年配の人の皮膚サンプルでも、太陽から保護した表皮に比べて減少しました。」と2人は語る。

この結果は、紫外線はグリオキサラーゼが表皮細胞を保護する方法を変化させる可能性があることを示している。ならば、簡単な方法(例えば日焼け止めクリームの使用など)を用いてグリオキサラーゼ自体をできるかぎり保護することで、あるいはグリオキサラーゼの活性が落ち始めるとき、または落ちる始める前に(ターゲットを定めた技術的有効成分を局所的に用いて)活性を促進することで、若々しい皮膚の維持を助けることができるのだろうか。


参考文献:Experimental Dermatology, 2016, 25 475-494 / doi: 10.1111/exd.12995

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Bel Dumé

Science Writer & Editor

Bel Dumé PhD is a science and technology writer and editor based in Paris, France. She has over 10 years experience in science communication, both within a major publishing house and several press agencies.