多くの生物で傷害が発生すると全身反応が引き起こされ、治癒と再生を助ける可能性があります。これはマウス、サンショウウオ、ゼブラフィッシュ、プラナリアで見られています。研究者らは、プラナリアでは、これまで考えられていたよりも速い速度で体壁の筋肉細胞に沿って広がるERKシグナル伝達経路が再生に重要であることを発見した。これは、治癒していない傷のようながんの発生についての洞察も提供する、調整された全身再生の意思決定プロセスを示唆している。

一部の生物では、体の一部の損傷が別の部分の治癒を引き起こす可能性があります。最近の発見は、この全身反応は副作用ではなく、主要な特徴であることを示唆しています。

片方の足に怪我を負ったマウスでは、あたかも細胞が怪我を治す準備をしているかのように、もう片方の足の幹細胞が「目覚め」ていました。手足の再生の達人であるサンショウウオでも同様のことが起こります。ゼブラフィッシュの心臓損傷は、腎臓や脳などの離れた臓器に特定の変化を引き起こします。

スタンフォード大学の生物工学助教授、ボー・ワン氏は、「さまざまな生物で、損傷に対する全身反応が見られる。しかし、その反応が実際に何かをするかどうかは不明だ」と述べた。 「それが私たちが焦点を当てていることです。」

Cell 誌に掲載された新しい論文で、Wang らは、この全身の調整がプラナ​​リアの創傷治癒とその後の組織再生の重要な部分であることを発見しました。再生のオンとオフを切り替えるものと、それがどのように調整されているかを理解することは、決して治らない傷だと考えられているがんの研究にも役立つ可能性があります。

プラナリアは体長 0.5 インチの扁形動物で、ほとんどどんな状況でも再生できるというスーパーパワーを持っています。プラナリアを 4 つの部分に切ると、数日で 4 つの新しい扁形動物が生まれます。マウス、ゼブラフィッシュ、サンショウウオと同様、プラナリアの体の一部の傷が、より離れた組織の反応を引き起こすようです。

ワン氏は、これらの対応がどのように調整されたのかを理解したいと考えていました。考えられるメカニズムの 1 つは、細胞外シグナル関連キナーゼ (ERK) 経路です。細胞は ERK 経路を使用して相互に通信し、信号を波の形で送信します。組織が損傷すると、最も近い細胞がその情報を隣接細胞に「伝え」、さらに隣接細胞がその情報を隣接細胞に伝えます。この波は一種の電話ゲームのように生体全体に伝播します。

ここで問題が 1 つだけあります。過去の研究では、ERK 波の移動が遅すぎて役に立たないことが示されています。 「信号を1時間あたり10ミクロンで伝播すると、1ミリメートルを伝わるのに数日かかるかもしれない」とワン氏は言う。この速度では、信号が線虫のある領域から別の領域に伝わるのが遅すぎて、傷の治癒と再生を助けることができません。

何が再生のオンとオフを切り替えるのかを理解できれば、がん関連の影響を含む医療治療や介入の進歩につながる可能性があります。画像出典: Wang Lab/スタンフォード大学工学部

これは人間にとっては問題ではないかもしれません。私たちの循環系は、信号が体全体に素早く伝わることを可能にします。しかし、プラナリアはこのプロセスをスピードアップする循環系を持っていません。

そこでワン氏らは、動物の端から端までのERK波の伝播を追跡し始めた。彼らは、信号が以前よりも 100 倍以上速く伝わることを発見しました。 ERK 波は、非常に長い体壁筋細胞に沿って伝播するのではなく、非常に長い体壁筋細胞に沿って伝播します。これらの細胞は「高速道路」として機能し、体の一方の端からもう一方の端まで信号を高速化します。数日ではなく、数時間です。

信号は治療に役立つのに十分な速さでしたが、体全体が関与しているかどうかはまだわかりませんでした。

それを調べるために、ワン氏の研究室の大学院生、ファン・ユーハン氏はプラナリアの頭を切り落とした。通常、プラナリアの頭は、首を切られた後、残った体からすぐに再生します。しかしファン氏は、ERK波が長距離治癒反応の調整に関与しているかどうかをテストするために、ERK信号が生物の後半に伝わるのを遮断した。 ERK シグナル伝達がブロックされると、頭部の治癒が遅くなるだけでなく、まったく再生しなくなります。

次に、ファン氏は再生プロセスを「救う」ことが可能かどうか疑問に思い、プラナリアの尾を取り除くことでこれをテストしました。そうすることで尾の組織に損傷を警告します。尻尾は元に戻り、驚くべきことに頭も元に戻りました。

「本当に興味深いのは、切断間の時間遅延を調整できることです」とワン氏は語った。最初の損傷から数時間以内にプラナリアの尾を切断すると、ブロックされていた治癒プロセスを再開できます。しかし、あまりにも長く待ちすぎると、どちらも再生されません。

「これが意味するのは、生物の中に『よし、今度は何かを育てよう』と投票するシステムがあり、全員が同意する必要があるということだ」とワン氏は語った。最も遠いセルにも投票権があります。

プラナリア、ヒトデ、サンショウウオなどの多くの動物は、人間をはるかに超える治癒能力と再生能力を示します。なぜ私たちにこの能力が欠けているのかを理解できれば、がん関連の影響を含めた医療や介入の進歩につながる可能性があります。

「私たちの誰も、組織が常に損傷した状態にあることを望んでいません。これは癌につながる可能性があります」とワン氏は説明します。彼の研究によると、驚くべき再生能力を持つこれらの線虫でさえ、ほとんどの場合、体全体が「オン」の時期が来たと同意するまで、再生は「オフ」になっています。

さらに、Wang らはプラナリアを通じて広がる ERK 波を追跡したところ、数百の遺伝子がオンになったりオフになったりしていることに気づきました。人間とプラナリアは非常に遠い関係にありますが、多くの同じ遺伝子を共有しています。

「これにより、これらの遺伝子を追跡するための入り口が得られ、制御不能ながん増殖のリスクを制御しながら動物がどのように再生するかを解明できるようになります。」