再生医療の最近の進歩にもかかわらず、失われた手足を再び成長させることは、今のところSFや漫画本のスーパーヒーローに限定されている人間にとって克服できない偉業です.哺乳類の場合、付属肢が失われると、再生がほとんどまたはまったくない瘢痕組織が形成され、外傷事故や先天性欠損症の犠牲者は治療とケアの選択肢が限られます。
この問題に取り組むために、科学者は、ヒドラ、プラナリア ワーム、ゼブラフィッシュ、アホロートル サンショウウオなどの強力な再生を行うモデル生物の研究に目を向けてきました。しかし、私たちはこれらの動物から再生に関する貴重な教訓を学んできましたが、それらすべてに 1 つの共通点があります。それらは有羊膜生物 (水中でのみ卵を産むことができる動物) であり、羊膜生物よりも私たちとは遠い関係にあるということです。爬虫類、鳥類、その他の哺乳類が含まれます。
爬虫類であるトカゲは、進化的に人間に最も近い脊椎動物であり、付属肢全体を再生できるため、研究の優れたモデルになります。多くの種のトカゲは、捕食に反応して尻尾を自動切断 (自己切断) し、まったく新しい置換を再生する能力を持っています。このプロセスは、Anolis carolinensis で詳細に研究されています。 、アメリカ南東部原産のグリーンアノール。
尾の再生は即時のプロセスではありません。尻尾が完全に再生するには数か月かかり、高度に組織化された動的な一連のイベントが含まれます。オートトミーの直後、創傷上皮が損傷部位を覆い、感染から保護します。次の 30 ～ 60 日で、再生された尾が伸び、明確な組織が明らかになります。筋肉群全体が形成され始め、軟骨管が失われた椎骨に置き換わります。新しく形成された血管系は、再生された尾に酸素と栄養素を供給し、神経は下降して筋肉と接続します.最後に、組織が成熟し、機能的な尾が生じます。
私たちはアノール尾の再生中に起こる一連の出来事を理解していますが、多くの疑問が未解決のままです:なぜトカゲはまったく新しい筋肉群と軟骨を再生できるのに、私たち哺乳類は再生できないのでしょうか?再生中の尾で新しい組織を作る細胞の源は何ですか?このプロセスを推進している遺伝子は何ですか?重要なのは、ヒトの再生医療に適用できることをトカゲが教えてくれることは?
アリゾナ州立大学の科学者チームは、サテライト細胞と呼ばれる成人の筋肉幹細胞を調べることで、これらの疑問に答えようとしました。事実上すべての脊椎動物に存在するこれらの細胞は、私たちの骨格筋で休眠状態にあることがわかります。事故や激しい運動によって筋肉が損傷すると、これらの細胞は損傷を感知して活性化します。彼らは怪我の場所に駆けつけ、互いに融合して新しい筋繊維を作ることで怪我の修復を助けます.しかし、哺乳動物では修復可能性が限られ、衛星細胞は、筋ジストロフィーや外傷事故などの慢性疾患によって引き起こされる広範な筋肉損傷に対処できません。これは、尻尾を失った後、完全に機能する新しい筋肉群を再生するトカゲとはまったく対照的です。
トカゲの衛星細胞がどのように異なるかを理解するために、トランスクリプトミクスのアプローチを使用して、マウス、ヒト、およびトカゲの衛星細胞を比較しました。トランスクリプトーム解析により、科学者は特定の組織または細胞で活性化されているすべての遺伝子を調べ、それらを他の組織や細胞と比較して、作用している生物学的プロセスを理解することができます。通常、異なる種間で比較することはできませんが、XGSA (Cross-species Gene Set Analysis) として知られる新しいアルゴリズムを使用することで、遺伝子発現レベルの比較が可能になりました。
この発見は驚くべきものでした。再生能力の違いにもかかわらず、トカゲのサテライト細胞は、全体的な遺伝子発現に関して、マウス、さらにはヒトのサテライト細胞と非常に似ていました。しかし、より深く掘り下げて個々の遺伝子を調べると、重要な違いが明らかになりました。どちらの細胞タイプも筋肉の発達、維持、修復に関連する遺伝子を発現していましたが、トカゲ衛星細胞は軟骨形成に関与する独自の遺伝子セットも発現していました。これは、トカゲの衛星細胞が筋肉の再生だけでなく、おそらく軟骨の形成にも関与している可能性があることを示唆しています。これは哺乳類の衛星細胞ではできません。
この理論を検証するために、マウスとトカゲのサテライト細胞を皿の中で 3D マイクロマスとして培養しました。 1週間後、細胞は顕微鏡、遺伝子発現分析、および免疫細胞化学技術を使用して検査されました。予想通り、マウスのサテライト細胞は、筋肉形成に必要なタンパク質を発現し、互いに融合して筋線維を形成しました。トカゲのサテライト細胞は融合していくつかの筋繊維を作ったが、細胞の多くは高密度の軟骨結節に集まっていた.遺伝子とタンパク質の発現を調べたところ、トカゲのサテライト細胞は、マウスのサテライト細胞とは異なり、軟骨特異的な遺伝子とタンパク質を高レベルで発現していることがわかりました。
これらの発見はトランスクリプトームデータと一致し、マウスのサテライト細胞は単能性で筋肉になることしかできないが、トカゲのサテライト細胞は筋肉と軟骨の両方の修復に関与できることを示唆している.この重要な違いは、部分的には、2 つの種の間の再生能力の不一致を説明するのに役立つかもしれません。願わくば、このトピックに関するさらなる研究が、ヒトの組織工学と再生の問題にアプローチするための新しい戦略に光を当てることを願っています.
複雑な構造を再生するには、軟骨、筋肉、神経、皮膚など、さまざまな種類の組織が適切なタイミングで適切な場所に形成される必要があります。さらに、個々の組織は、全体として機能するために、他の組織と適切に通信して統合する必要があります。当分の間、失われた手足を再び成長させることは困難な作業のままですが、トカゲの衛星細胞からの教訓がパズルの重要なピースを提供することが期待されています.
これらの調査結果は、ジャーナル Developmental Biology に最近掲載された、「アノール トカゲの骨格筋からの衛星細胞の同定と、拡張された筋骨格の可能性の実証」というタイトルの記事で説明されています。 .この研究は、アリゾナ州立大学の Joanna Palade、Elizabeth D. Hutchins、 Rajani M. George、 John A. Cornelius、 Alan Rawls、Kenro Kusumi、および Jeanne Wilson-Rawls、および Victor Chang Cardiac の Djordje Djordjevic と Joshua Ho によって実施されました。研究所。
