背の高さはどの程度遺伝する？身長を決める遺伝子は何？

日本人に比べるとアメリカ人やヨーロッパ人は背が高いと思います。民族によって平均的な身長が異なるので、背の高さが遺伝的な要因で決まっているのは当たり前のように思えます。日本人の中でも父親が背が高い場合に息子も背が高いということが頻繁にみられるような気がします。背の高さは遺伝するのでしょうか？

下の動画によれば、このキャスターは背が高い家族なのだそうです。最近の研究によれば、背の高さのばらつきの86%は、遺伝的な要因により説明されるそうです（動画4：06付近）。身長を決めるのに関与することが知られている遺伝子は800くらいあるそう（動画4：33付近）。一つ一つの効果は小さいのだそうです。初めて身長に関係する遺伝子として報告されたのはHGMA2遺伝子ですが（4：40）、その貢献は、背が高いバージョンで0.3㎝程度だそう（4：48）。先の86%のうちたった27％しか、知られている800の遺伝子の効果はないそうで、身長を決めるのに関わっている、まだ知られていない多数の遺伝子があるとのことです（5：02）。

BE SMART Is Height Genetic? Season 6 Episode 26 | 6m 7s

最新（2022年）のNature論文の研究で、人間の身長に関与する遺伝部位は出し尽くされたようです。この研究では、500万人以上の人のDNAを調べて、身長に関係する12000以上の部位が見つけられました。これらの部位の差によって、人々の身長のばらつき方の10~40%（人種によって開きがある）が説明できるそうです。
  1. Genome-wide CRISPR screening of chondrocyte maturation newly implicates genes in skeletal growth and height-associated GWAS loci. Journal Cell Geonomics on April 14, 2023.　We identified 145 genes that alter chondrocyte proliferation and maturation at early and/or late time points in culture, with 90% of genes validating in secondary screening. 
    1. Your Eventual Height May Be Determined by 145 Genes Medscape Staff July 24, 2023
  2. Yengo, L., Vedantam, S., Marouli, E. et al. A saturated map of common genetic variants associated with human height. Nature 610, 704–712 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05275-y
    1. Scientists Uncover Nearly All Genetic Variants Linked to Height Largest genome-wide association study achieves ‘the impossible’ By ALLESSANDRA DiCORATO | Broad Institute October 14, 2022　Now, by studying the DNA of 5.4 million people, a team led by those same geneticists has done what they thought years ago would be impossible. In the largest study of its kind to date, members of the GIANT consortium — including researchers at the Broad Institute of MIT and Harvard, Harvard Medical School, and Boston Children’s Hospital — have identified more than 12,000 genetic variants that influence height. These variants explain 10 percent to 40 percent of all variation in height, depending on a person’s ancestry. They cluster around parts of the genome involved in skeletal growth.
  3. A meta-analysis of height in 4.1 million European-ancestry individuals identifies ~10,000 SNPs accounting for nearly all heritability attributable to common variants　ASHG 2020　Complex Traits and Polygenic Disorders – Posters 2561 –  we perform the largest GWAS of height to date, in 4.1 million individuals of European ancestry.
  4. ‘Landmark’ study resolves a major mystery of how genes govern human height Nearly 10,000 common gene variants influence how tall a person becomes 3 NOV 2020　JOCELYN KAISER　Science　
  5. Genetic and environmental influences on human height from infancy through adulthood at different levels of parental education Scientific Reports volume 10, Article number: 7974 (2020) Published: 14 May 2020 In conclusion, in our very large dataset from twin cohorts around the globe, these results provide only weak evidence for the study hypothesis.
  6. Characterizing rare and low-frequency height-associated variants in the Japanese population. Akiyama, M., Ishigaki, K., Sakaue, S., Momozawa, Y., Horikoshi, M. Hirata, M., Matsuda, K., Ikegawa, S., Takahashi, A., Kanai, M. et al.  Nature Communications 10, 4393 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-12276-5
  7. 背丈の「失われた遺伝率」が見つかる　2万人分のゲノム解析から、稀な遺伝子バリアントによって形質が受け継がれる仕組みの一端が見えてきた。　Genetic study homes in on height’s heritability mystery Nature (2019-04-23) | DOI: 10.1038/d41586-019-01157-y Linda Geddes　（2022 Assessing the contribution of rare variants to complex trait heritability from whole-genome sequence dataがバイオアーカイブに発表されたときの紹介）
  8. How much of human height is genetic and how much is due to nutrition? Molecular biologist Chao-Qiang Lai of the Jean Mayer U.S. Department of Agriculture Human Nutrition Research Center on Aging at Tufts University answers December 11, 2006　For example, say a man 175 cm tall marries a woman 165 cm tall, and both are from a Chinese population with a population mean of 170 cm for men and 160 cm for women. We can predict the height of their children, assuming the heritability is 65 percent for men and 60 percent for women in this population. For a son, the expected height difference from the population mean is: 0.65 x [(175 – 170) + (165 – 160)] / 2, which equals 3.25 cm; for a daughter, the difference is 0.6 x [(175 – 170) + (165 – 160)] / 2, which equals 3 cm. Thus, the expected height of a son is 170 + 3.2, or 173.2 cm, and of a daughter 160 + 3, or 163 cm. On the other hand, environmental effects can add 1.75 cm to a son’s height: 0.35 x [(175 – 170) + (165 – 160)] / 2, and 2 cm to a daughter’s: 0.4 x [(175 – 170) + (165 – 160)] / 2.
  9. Defining the role of common variation in the genomic and biological architecture of adult human height. (PubMed full text) Nat Genet . 2014 Nov;46(11):1173-86. doi: 10.1038/ng.3097. Epub 2014 Oct 5. The 697 variants clustered in 423 loci were enriched for genes, pathways and tissue types known to be involved in growth and together implicated genes and pathways not highlighted in earlier efforts, such as signaling by fibroblast growth factors, WNT/β-catenin and chondroitin sulfate-related genes. We identified several genes and pathways not previously connected with human skeletal growth, including mTOR, osteoglycin and binding of hyaluronic acid.
    1. GIANT study reveals giant number of genes linked to height By Boston Children’s Hospital Communications October 6, 2014
  10. Common SNPs explain a large proportion of the heritability for human height Nature Genetics volume 42, pages565–569 (2010) Published: 20 June 2010
  11. Genetics of human height Brian P. McEvoy, Peter M. Visscher Economics & Human Biology Volume 7, Issue 3, December 2009, Pages 294-306 無料要旨
  12. First common height gene identified 2007 For the first time, scientists have identified one of the many genes which commonly influence our height. The work, which was partly funded by the EU, is published online by the journal Nature Genetics. The scientists studied the DNA of 5,000 people, looking for tiny differences in the genetic code which appeared more often in tall people than shorter people. This revealed that people with a certain version of a gene called HGMA2 were likely to be taller than people with a different version of the gene. The results were confirmed by a follow-up study of over 19,000 people. ‥　Little is known about the precise role of HGMA2, but the scientists believe that it could influence height by causing increased cell production.　（HGMA2　ウィキペディア）

日本人の身長に関する研究

  1. 日本人における身長のポリジェニックスコアの地理的多様性 一色 真理子 東京大学理学系研究科　ヒトゲノム多様性研究室 アルバートアインシュタイン医科大学　遺伝学科 Geographic variation in the polygenic score of height in Japan. Mariko Isshiki, Yusuke Watanabe, Jun Ohashi J Hum Genet. 2021;66:1053-1060.　20220628 日本人類遺伝学会　論文紹介
  2. 日本人の身長に関わる遺伝的特徴を解明―19万人の解析から日本人の身長に関わる遺伝的要因の謎に迫る―　本研究は、英国のオンライン科学雑誌『Nature Communications』（9月27日付け）に掲載されました。　理化学研究所東京大学大学院新領域創成科学研究科東京大学医科学研究所日本医療研究開発機構　令和元年10月2日
  3. Akiyama, M., Ishigaki, K., Sakaue, S., Momozawa, Y., Horikoshi, M. Hirata, M., Matsuda, K., Ikegawa, S., Takahashi, A., Kanai, M. et al. Characterizing rare and low-frequency height-associated variants in the Japanese population. Nature Communications 10, 4393 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-12276-5
    1. https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/rr/20200110_1/index.html

身体の成長に関する疾患の原因遺伝子の例

FGFR3

Some rare gene variants have dramatic effects on height (for example, variants in the FGFR3gene cause achondroplasia, a rare condition characterized by short stature). For most individuals, though, height is controlled largely by a combination of genetic variants that each have more modest effects on height, plus a smaller contribution from environmental factors (such as nutrition). More than 700 such gene variants have been discovered and many more are expected to be identified. Some of these variants are in genes that directly or indirectly affect cartilage in growth plates, which are areas in the long bones of the legs and arms where new bone is produced, lengthening the bones as children grow. The function of many other height-associated genes remains unknown.　https://medlineplus.gov/genetics/understanding/traits/height/

FBN1

acromicric dysplasia, geleophysic dysplasia, Marfan syndrome

GH1

isolated growth hormone deficiency

EVC, EVC2

EVC (Ellis-van Creveld syndrome)

Weyers acrofacial dysostosis

GPC3

Simpson-Golabi-Behmel syndrome

 

  1. Is height determined by genetics?　Medline Plus

身体の成長に関係するセルシグナリング分子

成長ホルモン放出ホルモン（GHRH）

GHの合成および分泌においては，成長ホルモン放出ホルモン（GHRH）が主要刺激物質であり，ソマトスタチンが主要抑制物質である。（内分泌系の概要　MSDマニュアル）

ソマトスタチン

脳下垂体前葉からの成長ホルモン（GH)の分泌は、視床下部ホルモンによる拮抗的な制御を受けており、成長ホルモン放出ホルモン（GHRH)がGH分泌を促進し、ソマトスタチンが抑制します。

Your pituitary gland normally releases HGH in short bursts (pulses) throughout the day. The release of HGH is mainly controlled by two hormones your hypothalamus releases: growth hormone-releasing hormone (GHRH), which stimulates hGH release, and somatostatin, which prevents (inhibits) HGH release. Several other endocrine hormones also regulate HGH, including insulin-like growth factor 1 (IGF-1). IGF-1 is a major suppressor of GH production, whereas thyroxine, glucocorticoids and ghrelin stimulate HGH release.　（https://my.clevelandclinic.org/health/articles/23309-human-growth-hormone-hgh）

  1. Glucocorticoid receptor function in hepatocytes is essential to promote postnatal body growth　Genes & Dev. 2004. 18: 492-497

growth hormone (GH)

身長を決める遺伝子として真っ先に思い浮かぶのが「成長ホルモン」です。特に、成長ホルモンが分泌され続ける場合や逆に成長ホルモン受容体が働かないなど成長ホルモンのシグナル経路に異常がある場合には、身長が異常に高くなったり低くなったりします。

For many years, growth hormone (GH) has been known to be the primary hormone responsible for body growth. The tallest man on record (http://www.guinnessworldrecords.com/world-records/tallest-man-ever/), Robert Wadlow, had an untreated pituitary tumor that secreted abnormally high levels of GH []. He grew throughout life, achieving a height of 8 ft., 11 in. at the time of his death. Even today, the tallest people on record tend to achieve their great heights due to untreated pituitary tumors. The reverse is also true. Individuals who, for whatever reason, do not make normal levels of GH as children or have defective GH receptors, are short statured []. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7644140/

成長ホルモンは、下垂体前葉の細胞から分泌され、骨や体の組織の成長を促進します。成長ホルモンの分泌は、胃から分泌されるホルモンであるゲレリン、視床下部から分泌される成長ホルモン放出ホルモンによって促進されます。

  1. GH1 gene growth hormone (PDF) MedLinePlus
  2. 内分泌系の概要　MSDマニュアル　視床下部で合成された神経ホルモンは，専用の門脈系を経て下垂体前葉（腺下垂体）に到達し，下垂体前葉の主要なペプチドホルモン6種の合成および分泌を調節する。
  3. Specification of unique Pit-1 activity in the hGH locus control region Brian M. Shewchuk, Stephen A. Liebhaber, and Nancy E. CookeAuthors Info & Affiliations August 20, 2002 99 (18) 11784-11789 https://doi.org/10.1073/pnas.182418199 The hGH gene cluster spans 48 kb on chromosome 17q22-24 (for details see Fig. 1; ref. 9). This cluster contains the pituitary-expressed hGH-N and four genes expressed in the placenta: Chorionic somatomammotropin-like (hCS-L), hCS-A, hGH-variant (hGH-V), and hCS-B (Fig. 1).

健常者の身長が遺伝で決まると言った場合に、成長ホルモンや成長ホルモン受容体といった、まさに成長にかかわるセルシグナリング分子の寄与はどれくらいなのでしょうか。

インスリン様成長因子1（IGF-1;　a.k.a. ソマトメジン-C）

GHはインスリン様成長因子1（IGF-1，ソマトメジン-Cとも呼ばれる）の合成を調節し，IGF-1は主として成長を調節する。（内分泌系の概要　MSDマニュアル）

GHの主要な役割はIGF-1の分泌ですが、ネガティブフィードバック機構が存在していて、IGF-1はGH放出を抑制します。

growth hormone receptor (GHR)

  1. P10912 · GHR_HUMAN　Receptor for pituitary gland growth hormone involved in regulating postnatal body growth. On ligand binding, couples to the JAK2/STAT5 pathway (By similarity).

prolactin receptor (PRLR)

erythropoietin receptor (EPOR)

thrombopoietin receptor (TPOR)

granulocyte-macrophage colony-stimulating factor

receptor, interleukin-3 receptor, interleukin-6 receptor

interleukin-7 receptor (1, 2)

Janus kinase (JAK)

  1. Developmental changes in the human GH receptor and its signal transduction pathwa　（PDF)　Journal of Endocrinology (2008) 198, 71–82

signal transducer and activator of transcription (STAT)

  1. Growth hormone signaling pathways　Growth Horm IGF Res. 2016 Jun; 28: 11–15.  PMC7644140
  2. The Growth Hormone Receptor: Mechanism of Receptor Activation, Cell Signaling, and Physiological Aspects　Front Endocrinol (Lausanne). 2018; 9: 35. Published online 2018 Feb 13. doi: 10.3389/fendo.2018.00035 PMCID: PMC5816795
背が高い人もいれば低い人もいる、その人々の身長のバラツキ（身長差）の86%は遺伝的な要因だということは受け入れるとして、残り14%は何で決まるのでしょうか。遺伝以外ということですので、環境（食事、睡眠、運動など）ということになろうかと思います。
そういえば、子供時代、背が低い人は頑張って牛乳をたくさん飲んでいました。背が高い人に聞くと、子供のときに牛乳をたくさんのんだという人もいます。牛乳をたくさんのんで身長をグングン伸ばそうというのはほとんど当然のこととして受け入れてきたような気もしますが、なぜ牛乳を飲むと身長が伸びると言えるのでしょうか。

牛乳をたくさん飲むと身長が伸びるのか？

なんとなく信じ込んでいたのですが、実はそれは事実ではなかったようです。

身長が高くなるには多くの要因があり、牛乳を飲むだけで身長が高くなるわけではありません。（牛乳を飲むと身長が高くなりますか？　乳と乳製品のQ&A　日本乳業協会）

  • 牛乳をたくさん飲んだところで背が伸びる、というわけではありません。その理由は、カルシウムのはたらきは骨を伸ばすことではなく、「骨を強くすること」だからです。
  • 骨をつくるタンパク質と骨を強くするカルシウムをバランスよく摂取することが、身長の伸びにつながるのです。
  • 低身長の治療できちんと効果がある、と科学的・医学的に認められたものは成長ホルモン治療のみです。
  • 適度な運動は成長ホルモンの分泌も促されるので、結果として運動が身長の伸びに良い影響を与えるといえます。
  • 身長を伸ばすために大切な成長ホルモンは、夜寝ている時に多く分泌されます。そのため夜にしっかり寝ることは成長ホルモンのはたらきを最大限得ることができるという意味で、身長の伸びに効果があるとされています。

（牛乳を飲むと本当に背が伸びるの？寝る子は育つ？身長の伸びに関する噂のウソホント）

牛乳「だけ」で背が伸びるわけではないというのが実際的なところのようです。カルシウムは骨の材料の一部で、骨はカルシウムだけでなくコラーゲンというタンパク質からできていますのでタンパク質も大事です。また成長を促すホルモンが分泌される必要もあるため、運動や睡眠も大事ということになります。

  1. 「牛乳を飲むと身長が伸びる」は本当か…伸びない原因の考察 【管理栄養士が解説】身長を伸ばすために、牛乳を飲むのは効果的な方法でしょうか？ 牛乳は骨の主成分であるカルシウムと、筋肉を作るたんぱく質を豊富に含みますが、残念ながら牛乳だけで背は伸びません。その原因と身長を伸ばすために必要なことを解説します。 更新日：2022年02月10日 平井 千里 執筆者：平井 千里

牛乳を飲むと身長は伸びる

牛乳を脳と身長が伸びると長年信じてきたのには理由があるはずで、実際、牛乳の成長における効果を示した研究もあるようです。

  1. 乳を飲むと背が伸びる！　一般財団法人Jミルク

成長の時期

人間の体は、生まれてから一様に伸びていくわけではありません。身長が急激に伸びる時期というものがあります。

一生の中で身長が伸びる時期は2回あります。1回目は赤ちゃんのとき（第一次性徴）です。2回目は思春期のとき（第二次性徴）で、女子は11歳で約8㎝、男子は13歳で約9㎝伸びると言われています。https://www.mikuriya-dental.com/

 

During puberty, hormones are essential for regulating body growth. These include thyroid hormones, human growth hormones, and sex hormones such as testosterone and estrogen. 　https://medicover-genetics.com/the-genetics-of-height/

成長期が何歳頃かに関しては個人差があります。一般的には中学生頃なのだと思いますが、自分は中学のときは背が低いほうで、高校に入って以降、背が伸びました。

  1. 中高生が｢背を伸ばすには牛乳｣だけではNGの理由 カルシウムを｢失う｣食習慣をしていませんか 佐藤 智春 : 予防栄養コンサルタント 著者フォロー 2021/11/28 15:00　東洋経済ONLINE　タンパク質の多い食事は、尿中からカルシウムが多く排泄されるので、成長期には、「多めのタンパク質には多めのカルシウム」という簡単な法則があります。

睡眠と成長

  1. 背が伸びない中高生に多い｢NGな睡眠習慣｣の中身 成長ホルモンの分泌に必要なのは｢闇の時間｣ 黒川 伊保子 : 人工知能研究者、脳科学コメンテイター、感性アナリスト、随筆家 著者フォロー 2021/11/07 15:00　東洋経済ONLINE