1970年ノーベル生理学・医学賞：カッツ、オイラー、アクセルロッド – 神経伝達物質の放出、伝達、分解
この記事から学べること
1963年の賞（エクルス、ホジキン、ハクスリー）がニューロンにおける信号伝達を解明したのに対し、1970年の賞はシナプスの化学的ライフサイクルを完結させます。カッツがアセチルコリンの放出メカニズムを発見し、オイラーがアドレナリンを神経伝達物質として特定し、アクセルロッドがその代謝経路を明らかにした方法を学びましょう。また、これらの発見が今日の緊急心臓蘇生やSSRI抗うつ薬の理論的基盤となっていることを理解しましょう。
常識を超えて：信号が放出された後、何が起こるのか？
1963年の賞で化学的神経伝達物質がシナプスで放出されることが発見された後、3つの未解決の問題が残りました。
- どのように放出されるのか？細胞膜を横断する正確なメカニズム。
- どのような物質が神経伝達物質なのか？アセチルコリンだけなのか、それとも他のものもあるのか？
- 放出後、その物質はどのように処理されるのか？単にシナプスに留まるだけなのか？
原文は、この背景を次のように要約しています。
アセチルコリンは、運動神経と副交感神経の末端で分泌される神経伝達物質であり、血圧を下げる、筋肉を収縮させるなど、人体においてさまざまな重要な機能を果たします。アセチルコリンは1914年に初めて分離され、その機能はドイツの生理学者レーヴィによって明らかにされ、彼はこの業績により1936年に生理学・医学のノーベル賞を受賞しました。しかし、アセチルコリンがどこでどのように分泌されるのか、そして、その役割を終えた後、何が起こるのかという疑問は、依然として未解決のままでした。カッツは、アセチルコリンの分泌メカニズムを解明しました。
つまり、**1936年のノーベル賞（レーヴィ）**はアセチルコリンを神経伝達物質として特定し、1970年の賞はこの物質の完全なライフサイクル（放出、作用、分解）を解明したのです。
コンピュータサイエンスの言葉で言えば、これはメッセージキューシステムの完全なライフサイクルを理解するという問題です。メッセージが発行者によって発行され、キューに入り、サブスクライバーによって処理され、最後にクリーンアップされるまでのプロセス全体です。信号が送信されるだけでクリーンアップされない場合、システムは無限ループに入ります。したがって、クリーンアップ段階は非常に重要です。
時代精神：韓国の労働問題とグローバルな左傾き
1970年は、韓国の労働問題とグローバルな政治的左傾きが同時に起こった年でした。
韓国の歴史では、11月13日にチョンギョチョン平和市場で22歳の労働者チョン・テイルが、労働法を遵守するよう求めて自らを焼身自殺しました。「私たちは機械ではありません」が彼の最後の叫びでした。この出来事は、韓国の労働運動にとって重要な目覚めとなりました。4月には、朴正煕政権による農村近代化計画であるセマウル運動が始まりました。
世界の歴史では、サルバドール・アジェンデが11月に世界初の民主的に選出された社会主義大統領としてチリに就任しました。3年後、ピノチェトのクーデターで亡くなりましたが、ラテンアメリカの左翼政治の象徴となりました。9月には、エジプトでナセル死去後、アンワル・サダトが国家大統領に就任しました。4月には、アポロ13号が危機に直面しました。月へ向かう途中で宇宙船の酸素タンクが爆発し、3人の宇宙飛行士は劇的な帰還を果たしました。
この激動の年に、ノーベル委員会は神経伝達物質のライフサイクルを称えました。個人の体が政治的権力にどのように反応するのかという問題が特に重要になった時期に、体内のシグナル分子がどのように正確に管理されるのかというメカニズムが明らかにされたのです。
3人の受賞者：ロンドン、ストックホルム、NIH
**バーナード・カッツ卿（1911-2003）は、イギリスの生理学者です。彼はロンドン大学（1938年）**で博士号を取得し、**ロンドン大学（1952-1978年）**で教授を務め、1969年にイギリス王室からナイトの称号を受けました。彼はユダヤ人であったため、ナチス・ドイツからイギリスに逃れるという経歴を持ちます。
**ウルフ・フォン・オイラー（1905-1983）は、スウェーデンの生理学者です。彼はカロリンスカ研究所（1930年）**で博士号を取得し、**カロリンスカ研究所（1930-1971年）**で41年間教授を務めました。また、1965年から1975年までノーベル財団の理事長を務めました。彼は、ノーベル賞の運営自体を担当していました。
**ジュリアス・アクセルロッド（1912-2004）は、アメリカの薬理学者です。彼はワシントン大学（1955年）**で博士号を取得し、アメリカのベセスダにある国立心臓研究所（1950-1955年）で研究員を務め、**国立精神衛生研究所の薬理学部長（1955-1984年）**を30年間務めました。
アクセルロッドの人生は、原文で感動的に語られています。
アクセルロッドの生い立ちは、ほとんどのノーベル賞受賞者とは対照的です。彼の父親は、ポーランドからのユダヤ系移民であり、職人として生計を立てるのに苦労していました。幼い頃から医学に情熱を抱いていたアクセルロッドは、ニューヨーク大学に入学しましたが、彼の経済状況により、大学院への進学は遅れました。
つまり、アクセルロッドは貧しいポーランドからの移民家庭で育ち、なんとかニューヨーク大学に入学し、その後、長い間業界で働き、**1955年（43歳）になって初めて博士号を取得して学術界に入りました。**他のノーベル賞受賞者と比較して、彼は非常に遅いスタートを切りました。
3つの発見：シナプスのライフサイクルの3つの段階
カッツの発見：放出のメカニズム。アセチルコリンがシナプスに放出される正確なメカニズムです。彼の重要な観察点は、量子放出です。神経終末では、アセチルコリンは個別の小胞（ベシクル）で放出され、各小胞にはおおよそ一定数のアセチルコリン分子が含まれています。刺激が到達すると、複数の小胞が同時に放出されます。
この発見は重要です。アセチルコリンの放出は連続的ではなく、離散的です。つまり、一度に1つの小胞が放出されます。この離散性が、シナプス信号伝達の統計的特性（ミニチュア終板電位、またはmEPP）の基礎となっています。カッツはまた、Ca2+イオンが放出をトリガーすることも発見しました。
ウーラーの発見：アドレナリンを神経伝達物質として。原文には以下のように記述されています。
ウーラーは、交感神経ニューロンの軸索終末から分泌される物質が、副腎髄質から分泌されるホルモンと同じであることを発見し、副腎髄質から抽出されたアドレナリンを、さまざまな生理機能を調節するための薬としてより広く使用するようになりました。
アドレナリン（エピネフリン）は、副腎から分泌されるホルモンとして長い間知られていましたが、ウーラーは、これがまた交感神経系の神経伝達物質でもあることを示しました。より正確には、**ノルアドレナリン（ノルエピネフリン）**が交感神経系の神経伝達物質であり、副腎がこれをアドレナリンに変換します。これは、ホルモンと神経伝達物質という2つの役割を果たす物質であることを示しています。
原文の結論：
さらに、アドレナリンは心拍数を促進し、血圧を上昇させるため、緊急時に一般的に使用される物質です。しかし、過剰に使用すると、脳卒中や心臓発作などの副作用を引き起こす可能性があります。したがって、特定の病気を治療するためには、アドレナリンを速やかに分解し、体内に長期間残らないようにする必要があります。
アクセルロッドの発見：代謝分解経路。原文：
アクセルロッドは、**アドレナリンに関連する問題を解決できる酵素であるカテコール-O-メチルトランスフェラーゼ（COMT）を単離しました。**この酵素は、**脳に影響を与える可能性のある特定の精神刺激薬の効果をテストするための実験と組み合わせて使用されます。**また、実験動物に薬が引き起こす可能性のある有害な影響を防止したり、薬の効果を確認したりするために使用され、高血圧または統合失調症の研究にも使用されます。
COMTは、アドレナリンを化学的に修飾および不活性化する酵素です。この酵素は、アドレナリンが除去され、無期限に作用し続けないようにするために必要です。これは、ライフサイクルのクリーンアップ段階を担当しています。
アクセルロッドの貢献に関する原文の別の側面：
アクセルロッドは、医学分野だけでなく、生化学および薬理学にも貢献しました。薬の化学構造とその体の効果を研究する薬理学者として、彼はさまざまな薬を開発しました。神経伝達物質の研究の過程で、彼は微量のカテコールアミンの検出方法を開発しました。 **カテコールアミンは、カテコールがモノアミンに結合したもので、ドーパミン、ノルエピネフリン、エピネフリンなどが含まれます。**微量のカテコールアミンを検出する方法は、その後、さまざまな他の分析に使用され、新しい物質の生化学的分析と抽出に役立ちました。
微量のカテコールアミンを検出する方法は、アクセルロッドの方法論的な貢献でした。これは、その後の神経伝達物質研究における標準的なツールとなりました。
メッセージキューのライフサイクル：コンピューターサイエンスの枠組み
それでは、3人の研究者の発見を、コンピューターサイエンスの言葉を使って整理してみましょう。
メッセージキューシステムは、発行者-キュー-購読者の3段階の構造を持っています。各メッセージは発行者によって発行され、キューに入り、購読者によって処理されます。このライフサイクルの各段階には、いくつかの詳細な課題があります。
- 発行（Publish）: メッセージはどのようにキューに送信されますか？ バッチ処理か個別処理か、同期か非同期か？
- 配信（Deliver）: メッセージはキューからどのように購読者に配信されますか？ 順序の保証、重複の処理、タイムアウトの設定などの課題があります。
- クリーンアップ（Cleanup）: 処理されたメッセージのクリーンアップ。クリーンアップされない場合、キューは無限に蓄積されます。
シナプスは、まさにこのタイプのメッセージキューシステムです。
- 発行（Publish）= カッツの量子的な放出: シナプス小胞は個別に放出されます（バッチ処理ではなく、個別の発行）。Ca2+イオンが放出をトリガーします。
- 配信（Deliver）= オイラーの神経伝達物質のリスト: シナプスにおいて、どの物質がどの受容体に実際に結合するかのプロトコル。
- クリーンアップ（Cleanup）= アクセルロッドのCOMTによる分解: 使用された神経伝達物質は、酵素によって分解され、シナプスから除去されます。
これらの3つの段階のいずれかが欠けていると、システムは機能しません。 発行がない場合、メッセージは存在しません。配信がない場合、メッセージは無駄になります。クリーンアップがない場合、システムはクラッシュします。3人の研究者はそれぞれ1つの段階を解明し、ライフサイクル全体を完成させました。
再取り込み（Reuptake）= アクセルロッドの別の発見です。 COMTによる分解に加えて、神経伝達物質をクリアするもう1つの方法は、物質を放出する元のニューロンがそれを再吸収することです。 この再取り込みを阻害すると、神経伝達物質がシナプスに長く留まります。今日、SSRI（選択的セロトニン再取り込み阻害薬）抗うつ薬は、まさにこの原理に基づいており、セロトニンの再取り込みを阻害し、シナプスにおけるその存在を長くします。
アナロジーの限界: もちろん、シナプスはソフトウェアのメッセージキューよりもはるかに複雑です。複数の神経伝達物質が同時に作用し、受容体の感度は時間とともに変化し、細胞自体の状態が信号処理に影響を与えます。しかし、基本的なライフサイクルである 「発行→配信→クリーンアップ」 は、全く同じです。
その遺産は続く
元のテキストは、これらの発見の影響を詳細に説明しています。
アセチルコリンは、レーヴィが1936年にノーベル賞を受賞して以来、一貫して研究されており、カッツの研究は、さまざまな神経疾患の治療への応用につながりました。特に、アセチルコリンエステラーゼの阻害剤は、認知機能の向上や、認知症患者の行動異常の治療に使用されます。さらに、Ca2+制御によるアセチルコリンの分泌を調節する方法が開発され、筋ジストロフィーなどの運動制御障害を持つ患者に対する研究が続けられています。
この元のテキストは、次のセクションに続きます。
- アルツハイマー病治療薬: ドネペジル、リバスチグミンなど。アセチルコリンエステラーゼを阻害し、脳内のアセチルコリンレベルを維持します。アルツハイマー病患者の認知機能の低下を部分的に遅らせます。
- 緊急時の心肺蘇生におけるアドレナリン: アドレナリン注射は、心停止患者に対する標準的な緊急治療です。これは、オイラーの発見の臨床的な成果です。
- SSRI抗うつ薬: プロザック、ゾロフト、レキサプロなど。アクセルロッドによる再取り込みメカニズムの発見に由来します。現在、世界中で数千万人が使用しています。
- パーキンソン病治療: 原因はドーパミンの欠乏であり、L-DOPAやドーパミン代謝阻害薬（MAOI、COMT阻害薬）が標準的な治療法です。アクセルロッドによるCOMTの発見が基礎となっています。
- 緊急時のアレルギー反応（エピペン）: アナフィラキシーに対するアドレナリン自己注射器。アドレナリンは、強力な血管収縮と心拍数の増加を引き起こします。
- 注意欠陥・多動性障害（ADHD）治療: メチルフェニデート（リタリンなど）。ドーパミンとノルアドレナリンの再取り込みを阻害することにより作用します。
なぜ重要なのか
3人の科学者が成し遂げたことは、**「シグナルのライフサイクルを完全に理解することで、臨床的治療への道が開かれる」**という原理の実証です。
シグナル自体は分かっていても、そのシグナルをどのように制御するかを理解していなければ、臨床に応用することはできません。アドレナリンが強力なシグナルであることは以前から知られていましたが、それがなぜ一時的に作用し、どのように除去されるのかを理解していなければ、正確な投与量と投与方法を設計することはできません。アクセルロードの代謝経路に関する理解が、その精度をもたらしました。
再取り込みの発見は、特に重要な臨床的影響をもたらしました。抗うつ薬（SSRI）だけでなく、多くの他の精神疾患や神経疾患の薬も、再取り込みの制御という原理を利用しています。薬が、神経伝達物質を追加するのではなく、既存の神経伝達物質の除去を遅らせることで効果を発揮するという考え方は、自然界のシステムを詳細に理解することによってのみ実現できるアプローチです。
貧しいポーランドからの移民家庭出身のアクセルロードは、43歳で博士号を取得し、その後ノーベル賞を受賞するまでの道を歩みました。彼が長年、産業界で働き、実践的な実験スキルを習得したことが、彼の強みになったと言われています。これは、通常の学術的な道から逸脱したことが、ノーベル賞への新しい道を開いた例です。
1970年、カッツ、オイラー、アクセルロードのまとめ: シナプスの神経伝達物質のライフサイクルを完全に解明。カッツはアセチルコリンの量子放出（放出）のメカニズムを解明し、オイラーはアドレナリンを神経伝達物質として特定し（伝達）、アクセルロードはCOMT分解酵素と再取り込みメカニズム（除去）を解明しました。これは、今日のSSRI抗うつ薬、緊急蘇生、アルツハイマー病治療の理論的根拠です。
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