再生に関しては、人間は本当に弱すぎる…。

スーパーヒーロー映画では、再生能力は強力なスキルポイントです。どのようなダメージを受けても、すぐに完全な体力で復活し、戦い続けることができます。意地悪なデッドプールのように、彼は折れた手足を再生することができ、心臓や肺さえも取り出すことができます。

骨折した腕や脚は再生し続けることができる｜Giphy

普通の人間にも確かに再生能力はある。例えば、健康な人が肝臓の 2/3 を寄付したとしても、残りの 1/3 は数か月以内に再生し、通常の大きさに戻ります。

しかし残念なことに、人間にとって非常に重要な心臓は再生することができません。

私たちの心臓は心筋細胞で構成されています。これらの細胞は心臓の鼓動を維持します。一度損傷を受けると、心臓の機能は永久に損なわれ、重篤な場合には死に至ることもあります。現在、心血管疾患は世界における死亡原因の第 1 位です。私の国では、約3億3000万人が心血管疾患を患っています。

心臓には再生能力がありません。再生できれば多くの命が救われる｜Giphy

心臓に再生能力を与えることができれば、心血管疾患と闘う方法が見つかるかもしれません。

心臓再生の秘密を解明するため、アメリカの生物学者ケネス・ポス氏とその研究チームは、極めて強力な再生能力を持つゼブラフィッシュを研究し、その脳と腎臓に心臓外傷を警告する監視細胞を発見した。損傷した心臓はホルモンを使って脳と腎臓の監視役に知らせ、遠隔臓器と連携して心臓の再生を制御し、このプロセスにおけるさまざまな生理学的変化を調整します。この研究はNature Cell Biology誌に掲載された。

驚くべきゼブラフィッシュ

臓器再生の現象は自然界では珍しいことではありません。たとえば、ヒドラやプラナリアは、完全な体を再生するために組織のごく一部を保持するだけで済みます。しかし、ゼブラフィッシュは再生能力を研究する科学者のお気に入りです。

成体のメスのゼブラフィッシュのペア |アズール

まず、ゼブラフィッシュの心臓、脊髄、ひれ（人間の手足に相当）など、多くの重要な臓器は再生可能です。これらの臓器の再生プロセスを理解することで、関連する病気をよりよく研究し、治療計画を立てるのに役立ちます。

ゼブラフィッシュは脊椎動物であるため、哺乳類と多くの主要臓器を共有しており、研究者は特定の臓器の再生能力を研究できるだけでなく、再生プロセス中にさまざまな臓器がどのように通信し、協力するかを理解することもできます。

進化の観点から見ると、ゼブラフィッシュと人間の類似性は低くありません。ヒト遺伝子の 70% 以上はゼブラフィッシュにも相当する遺伝子を持っています。したがって、ゼブラフィッシュの研究は人間にとって良い参考資料となる可能性があります。

ゼブラフィッシュは人間に似ており、再生能力が強いため、研究に最適です。

心臓はどのように再生するのでしょうか?

成人の心筋細胞には再生能力がありません。人間の心臓が損傷を受けると、線維性の瘢痕組織が現れ、心拍に影響を及ぼします。

心臓が損傷すると、腎臓にも問題が生じる可能性があります。腎臓は私たちの体の中の「血液フィルター」です。腎臓は血液から余分な水分や老廃物をろ過して尿を作り、同時に体内の水分と塩分のバランスを調整し、血圧を制御します。心臓が損傷すると、腎臓への血流不足、腎静脈血圧の上昇、腎臓の損傷、さらには腎不全などの一連の問題を引き起こす可能性があります。

ゼブラフィッシュの心臓再生能力ははるかに強力です。心臓が損傷すると、残った心筋細胞が再生し、失われた部分を再生し始めます。同時に、腎臓は素早く自己調節し、効率的に体液を交換することができます。

上から下へ、ゼブラフィッシュの脳、心臓、腎臓 |参考文献[1]

人間の心臓が損傷すると、腎臓は災害が起こるのを待つしかありません。しかし、ゼブラフィッシュの心臓と腎臓は効率的に接続されています。彼らにとって、遠隔腎臓はどのようにして心臓損傷の知らせを受け取り、タイムリーに対応するのでしょうか?

腎臓の監視細胞は協力して働く

論文の研究者らは、心臓が損傷すると、腎臓の監視役であるCENが反応機構を覚醒させ、心臓損傷による損傷に対処するために積極的に体液バランスを制御することを発見した。

ハート：助けて… |ギフィー

このセンチネル CEN は、科学的には「組織再生エンハンサー要素」(TREE) として知られる DNA 配列です。

生物のすべての細胞には同じ遺伝物質である DNA が含まれています。しかし、同じ遺伝子を持つ細胞が異なる外観と機能を示すのはなぜでしょうか?

なぜなら、さまざまな状況において、細胞はさまざまな遺伝子を発現することでさまざまな機能を実行できるからです。 「エンハンサー」は細胞が遺伝子発現を制御する方法の 1 つです。エンハンサーは、タンパク質に結合して遺伝子発現を制御できる特定の DNA 配列です。

「エンハンサー」が機能すると、タンパク質に結合して遺伝子発現を促進することができます。閉じている場合、遺伝子の発現レベルは比較的低くなります。つまり、組織再生促進因子は組織再生プロセスを制御する DNA 配列であり、CEN もその 1 つです。

CEN が開いてゲストを迎えると、タンパク質に結合して遺伝子発現を促進することができる｜Giphy

心臓が損傷すると、CEN は腕を広げてタンパク質の結合を歓迎し、それによって直接的および間接的に多くの遺伝子の発現を制御し、さまざまな心臓細胞を活性化および動員し、心臓再生の目的を達成します。

しかし、他の組織再生促進剤とは異なり、CEN の作用は心臓再生中の心臓に限定されず、腎臓でも活性化されます。同時に、体内のホルモンが腎臓に到達し、その受容体を活性化し、開いたCENと結合して特定の腎臓遺伝子の発現を促進し、積極的に体液バランスを調節し、心臓損傷によって引き起こされる危機に対応します。

CEN がなくても、ゼブラフィッシュの心臓再生はスムーズに進むのでしょうか?

研究者らは遺伝子編集技術を用いてゼブラフィッシュのDNAからCEN配列を削除した。研究者らは、この歩哨細胞を失ったゼブラフィッシュは心臓を再生することはできるが、体液交換を正常に調節することはできないことを発見した。これは、心臓には心筋細胞の再生を制御できる他の「番兵」が存在するのに対し、腎臓では CEN の機能が不可欠だからと考えられます。

人間が再生能力をもっと有効活用できれば、人間の健康は大きく改善される｜Giphy

再生は、損傷した臓器だけが戦う戦いではありません。直接損傷を受けていない臓器も、いわば反応することになります。たった一度の動きが体全体に影響を及ぼすこともあります。人間が再生能力をより有効に活用して、心臓、腎臓、肝臓、手、足など、損傷した臓器を修復することができれば、無数の命を救い、無数の人々の生活の質を向上させることができるでしょう。

参考文献

[1] Sun、F.、Ou、J.、Shoffner、AR 他。エンハンサーの選択は、組織再生中の遠隔臓器における遺伝子発現応答を決定します。国立細胞生物学研究所（2022年）。 https://doi.org/10.1038/s41556-022-00906-y

[2]心臓再生戦略：心臓を若く保つ https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5614484/

[3] 「第一の殺人者」に直面しても「悲しく」ならない方法 http://www.news.cn/mrdx/2021-09/30/c_1310219361.htm

[4] ゼブラフィッシュ細胞が再生について教えてくれたこと |ゼブラフィッシュの驚くべき再生能力 |チェン・フイ・チェン | TEDxTaipeihttps://www.youtube.com/watch?v=PGx3i9_vhZ0

著者:ヘイゼル

編集者：シャオタオル、ユー・シヨウ

AI

ああ、私たちの AI は部品を交換することで再生できるのです。

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