南カリフォルニア大学ケック 医学部
米国科学アカデミー紀要に掲載されたUSC幹細胞研究の最新成果では、魚やトカゲなど聴覚を失った動物の一部が自然に聴力を再生できるようにする重要な遺伝子調節因子が特定された。この発見は、難聴や平衡障害の患者の感覚聴覚細胞の再生を促す今後の取り組みの指針となる可能性がある。
南カリフォルニア大学ケック医科大学の筆頭著者であるトゥオ・シー氏と共同責任著者であるクセニア・グネデヴァ氏およびゲイジ・クランプ氏が主導するこの研究は、内耳にある音を感知する感覚細胞と、感覚細胞が繁殖できる環境を作り出す支持細胞という2種類の細胞に焦点を当てている。
魚やトカゲなどの再生能力の高い種では、支持細胞が損傷後に感覚細胞に変わることもできる。これは、人間やマウス、その他すべての哺乳類には見られない能力である。
この驚くべき再生プロセスをより深く理解するために、科学者たちは、通常は感覚細胞にのみ存在する遺伝子が再生種の支持細胞でどのように再活性化されるかを解明した。
これを達成するために、科学者たちは再生中のゼブラフィッシュとグリーンアノールトカゲの内耳の感覚細胞と支持細胞でゲノムがどのように折り畳まれているかを解明した。そして、ゼブラフィッシュとグリーンアノールトカゲの感覚遺伝子のDNA制御要素を、損傷後に感覚聴覚細胞を置き換えることができないマウスのDNA制御要素と比較した。
「ゼブラフィッシュとトカゲという2種類の再生脊椎動物を、マウスなどの非再生脊椎動物と比較することで、一部の脊椎動物の聴覚を回復するために感覚細胞を置き換える方法の基礎となるものを発見した」と、南カリフォルニア大学幹細胞生物学・再生医学部のクランプ教授は述べた。
彼らの実験により、「エンハンサー」として知られるDNA制御要素のクラスが明らかになり、これが損傷後にATOH1と呼ばれるタンパク質の生成を増幅し、次に内耳の感覚細胞を作るために必要な一連の遺伝子を誘導することが判明した。
科学者たちは遺伝子編集ツールであるCRISPRを使用して、ゼブラフィッシュのこれらのエンハンサーのうち5つを削除し、発達中の感覚聴覚細胞の形成と損傷後の再生の両方を損ないました。
「これまで、個々のエンハンサーを削除しても、大した効果はなかった」とクランプ氏は言う。「しかし、ゼブラフィッシュの5つのエンハンサーすべてを標的にすることで、それらが発達と再生の両方において重要な役割を果たしていることを発見した。」
興味深いことに、ゼブラフィッシュも側線と呼ばれる特殊な水生器官に水の流れと水圧を感知する同じタイプの感覚細胞を持っているが、遺伝子の欠失は内耳の細胞にのみ影響を与えた。
研究者らは、マウスが、内耳の感覚細胞と支持細胞を生み出す前駆細胞で胚発生中に活性化する同等のエンハンサーを持っていることを発見した。しかし、魚類やトカゲなどの再生種だけが、成体になっても支持細胞内でこれらのエンハンサーを開いた状態で維持し、損傷した感覚細胞を置き換える能力を保持している。
「再生脊椎動物の姉妹細胞型は、成長段階から成体段階まで開いたエンハンサーを維持し、損傷後にこれらの関連細胞が互いに置き換わることを発見した」とクランプ氏は述べた。
「将来的には、人間の内耳にあるこれらの増強因子を活性化させるという的を絞った戦略が、人間の自然な再生能力を高め、難聴を回復させるために使われる可能性がある。」
詳細情報: Gnedeva, Ksenia et al, 長距離 Atoh1 エンハンサーが内耳の有毛細胞再生能力を維持、米国科学アカデミー紀要(2024)。DOI : 10.1073/pnas.2418098121 . doi.org/10.1073/pnas.2418098121
ジャーナル情報: Proceedings of the National Academy of Sciences
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