ストワーズ研究所の科学者らは、ゼブラフィッシュの感覚毛細胞の再生に関わる特定の遺伝子を特定し、難聴治療の将来の研究に役立つ新たな知見を提供している。
2025年7月14日
カンザスシティ、ミズーリ州 — 2025年7月14日 — 人間は血液や腸管などの特定の細胞を定期的に再生することができますが、体の他のほとんどの部分は自然に再生することはできません。例えば、内耳にある小さな感覚有毛細胞が損傷すると、多くの場合、永久的な難聴、聴覚障害、または平衡感覚障害を引き起こします。一方、魚、カエル、ヒヨコなどの動物は、感覚有毛細胞を難なく再生します。
ストワーズ医学研究所の科学者たちは、ゼブラフィッシュの感覚細胞の再生を2つの異なる遺伝子がどのように制御しているかを明らかにしました。この発見は、ゼブラフィッシュにおける再生の仕組みに関する理解を深めるものであり、ヒトを含む哺乳類における難聴や再生医療に関する将来の研究の指針となる可能性があります。
「私たちのような哺乳類は内耳の有毛細胞を再生できません」と、ストワーズ研究所の研究者で本研究の共著者であるタチアナ・ピオトロフスキー博士は述べています。「加齢や長期間の騒音曝露によって、聴力と平衡感覚は失われていきます。」
2025年7月14日にNature Communications誌に掲載された、ピオトロフスキー研究室による新たな研究は、有毛細胞の再生を促進し、幹細胞の安定供給を維持するために細胞分裂がどのように制御されているかを解明することを目指しています。元ストワーズ研究所研究員のマーク・ラッシュ博士率いる研究チームは、細胞分裂を制御する2つの異なる遺伝子が、ゼブラフィッシュにおいてそれぞれ2種類の主要な感覚支持細胞の成長を制御していることを発見しました。この発見は、将来、ヒト細胞でも同様のプロセスが引き起こされるかどうかを研究する上で役立つ可能性があります。
「正常な組織の維持と再生においては、細胞は死滅したり剥がれ落ちたりする細胞を補充するために増殖する必要があります。しかし、これは分裂してそれらを補充できる既存の細胞が存在する場合にのみ機能します」とピオトロフスキー氏は述べています。「増殖がどのように制御されているかを理解するには、幹細胞とその子孫がどのようにしていつ分裂し、どの時点で分化すべきかを知るのかを理解する必要があります。」
ゼブラフィッシュは再生を研究するのに最適な生物系です。頭部から尾びれにかけて、神経節と呼ばれる感覚器官が一直線に点在しています。それぞれの神経節はニンニクの鱗茎に似ており、その先端からは有毛細胞が生えています。様々な支持細胞が神経節を取り囲み、新しい有毛細胞を生み出します。ゼブラフィッシュが水の動きを感知するのに役立つこれらの感覚細胞は、人間の内耳の感覚細胞によく似ています。
ゼブラフィッシュの神経節の図解。祖細胞と幹細胞が存在する場所を示しています。
ゼブラフィッシュは発生期に透明になり、感覚器系にもアクセスできるため、科学者は個々の神経節細胞を可視化し、遺伝子配列を解析・改変することが可能です。これにより、幹細胞の再生、前駆細胞（有毛細胞の直接の前駆細胞）の増殖、そして有毛細胞の再生のメカニズムを研究することが可能になります。
「遺伝子を操作し、どの遺伝子が再生に重要なのかを調べることができます」とピオトロフスキー氏は述べた。「ゼブラフィッシュでこれらの細胞がどのように再生するかを理解することで、哺乳類では同様の再生が起こらない理由を解明し、将来的にこのプロセスを促進することが可能かどうかを検討したいと考えています。」
神経節内の再生には、2つの主要な支持細胞集団が寄与しています。神経節の縁にある活性幹細胞と、中心付近にある前駆細胞です。これらの細胞は対称的に分裂するため、神経節は幹細胞を枯渇させることなく、新しい有毛細胞を継続的に作り出すことができます。研究チームはシーケンシング技術を用いて、それぞれの細胞集団でどの遺伝子が活性化しているかを特定し、どちらか一方の細胞集団にのみ存在する2つの異なるサイクリンD遺伝子を発見しました。
研究者たちはその後、幹細胞集団と前駆細胞集団の各遺伝子を遺伝子改変し、異なるサイクリンD遺伝子が2種類の細胞の細胞分裂を独立して制御していることを発見した。
前駆細胞集団の増殖遺伝子が破壊されると（右）、前駆細胞は増殖を伴わずに直接分化することで有毛細胞を再生する。野生型の神経節は左側にある。
「これらの遺伝子の1つを機能不全にしたところ、1つの細胞集団だけが分裂を停止しました」とピオトロフスキー氏は述べた。「この発見は、臓器内の異なる細胞群を個別に制御できることを示しており、腸や血液など、他の組織における細胞増殖の理解に役立つ可能性があります。」
細胞種特異的なサイクリンD遺伝子を欠損した前駆細胞は増殖しなかったが、有毛細胞を形成し、細胞分裂と分化を切り離した。注目すべきことに、幹細胞特異的なサイクリンD遺伝子を前駆細胞で機能するように改変すると、前駆細胞の分裂が回復した。
ワシントン大学でゼブラフィッシュの側線感覚系を研究する教授、デイビッド・レイブル博士は、この新たな研究の重要性について次のようにコメントしています。「この研究は、有毛細胞の再生を促進しながら、神経節幹細胞を維持する優れたメカニズムを明らかにしています。哺乳類においても同様のプロセスが存在するか、あるいは活性化できる可能性があるかを調査する上で役立つ可能性があります。」
サイクリンD遺伝子は腸や血液などの多くのヒト細胞の増殖も制御するため、研究チームの発見は有毛細胞の再生以外にも影響を及ぼす可能性がある。
「ゼブラフィッシュの有毛細胞の再生から得られた知見は、最終的には、自然に再生するものも再生しないものも含め、他の臓器や組織の研究に役立つ可能性がある」とピオトロフスキー氏は述べた。
その他の著者には、Ya-Yin Tsai、Shiyuan Chen、Daniela Münch、Julia Peloggia Ph.D.、Jeremy Sandler Ph.D. が含まれます。
本研究は、米国国立衛生研究所（NIH）の国立聴覚・コミュニケーション障害研究所（NIH）（助成金番号：1R01DC015488-01A1）、聴覚健康財団、およびストワーズ医学研究所の組織的支援を受けて実施されました。本研究の内容は著者の責任のみであり、必ずしもNIHの公式見解を反映するものではありません。
ストワーズ医学研究所について
アメリカン・センチュリー・インベストメンツの創設者ジム・ストワーズ氏とその妻バージニア氏の寛大なご支援により1994年に設立されたストワーズ医学研究所は、基礎研究に重点を置いた非営利の生物医学研究機関です。その使命は、疾患の原因、治療、予防に対する革新的なアプローチを通じて、生命の神秘への理解を深め、生活の質を向上させることです。
当研究所は20の独立した研究プログラムで構成されています。約500名の会員のうち、370名以上が主任研究員、技術センター長、ポスドク研究員、大学院生、技術サポートスタッフを含む科学スタッフです。当研究所の詳細についてはwww.stowers.org、大学院プログラムの詳細についてはwww.stowers.org/gradschoolをご覧ください。
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ジョー・チオド 広報部長
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