アコライト、ゼブラフィッシュ、マウスを研究している科学者たちは、いつか研究者が人間の四肢を再生する治療法の開発に役立つ可能性がある共通の遺伝子セットを発見した。調査結果は、 米国科学アカデミーの議事録再生医療と遺伝子治療の新たな方向性の可能性を示唆しています。
「この重要な研究は、3つの研究室を結集させ、再生を比較するために3つの生物を対象に研究を行った」とウェイクフォレストの生物学助教授ジョシュ・ケアリー氏は語った。同研究室はメキシコアホロートルサンショウウオを研究している。 「この研究は、サンショウウオ、ゼブラフィッシュ、マウスといった非常に異なる種類の生物の再生を促す、普遍的で統一的な遺伝プログラムが存在することを示しました。」
このプロジェクトには、マウスの指の再生を研究するデューク大学の形成外科医デビッド・A・ブラウン氏と、ゼブラフィッシュのヒレの再生に焦点を当てて研究を行っているウィスコンシン大学マディソン校のケネス・D・フォス氏も参加した。
種間の共有再生庭園
世界疾病負担統計によると、糖尿病、外傷、感染症、がんに関連する血管疾患が原因で、世界中で毎年100万件以上の切断が発生しています。研究者らは、人口が高齢化し、糖尿病がより一般的になるにつれて、その数は増加すると予想しています。
科学者たちは長年にわたり、義肢を超えて、自然な動き、感覚、機能を回復できる治療法を模索してきました。この新しい研究は、SP遺伝子として知られる遺伝子群がこの取り組みにおいて中心的な役割を果たしている可能性があることを示唆している。
研究者らがアホロートル、ゼブラフィッシュ、マウスを選んだのは、それぞれの種が再生に関して独自の洞察を提供するためである。
アコライトは、尾、脊髄組織、心臓、脳、肺、肝臓、顎などの器官の一部を含む器官全体を再生する驚異的な能力で有名です。
ゼブラフィッシュは、損傷した尾鰭を繰り返し再生できるため、もう1つの強力な再生モデルです。また、心臓、脳、脊髄、腎臓、網膜、膵臓を修復することもできます。
マウスは人間と同様に哺乳類であるため、含まれています。マウスは指の先端を再生することができ、人間でも、損傷後に爪が無傷であれば、皮膚、肉、骨が再生できる場合、指先が再生することがあります。
キャリー氏は、研究チームは3種すべての表皮、つまり皮膚組織の再生がSP6とSP8と呼ばれる2つの遺伝子をオンにすることを発見したと述べた。その後、研究者らはこれらの遺伝子がどのように再生に寄与するかを正確に調査し始めた。
生物学の博士号。学生のティム・カーティス・ジュニアは、ゴールドウォーター奨学生で生化学と分子生物学の2025年ウェイクフォレスト卒業生であるエレナ・シンガー・フリーマンとともに、コーリーの研究室での研究に参加した。
CRISPR実験で臓器再生の重要な役割が明らかに
研究者らは、SP8がサンショウウオの四肢の再生に特に重要であることを発見した。 CRISPR 遺伝子編集技術を使用して、コーリーのチームはアホロートルのゲノムから SP8 を削除しました。
この遺伝子がなければ、アホロートルは手足の骨を適切に再生できませんでした。科学者たちは、再生文献に SP6 と SP8 が欠落している場合に、マウスでも同様の問題があることに気づきました。
これらの発見を使用して、ブラウンの研究室は、ゼブラフィッシュで以前に同定された組織再生エンハンサーに基づいたウイルス遺伝子治療を設計しました。
この治療により、通常は SP8 によって活性化される FGF8 と呼ばれるシグナル伝達分子が生成されました。マウスでは、この治療により損傷した指の骨の再生が促進され、SP遺伝子が欠如していたときに失われた一部の再生能力が部分的に回復した。
人間の手足はサンショウウオの手足のように自然に再生することはできませんが、研究者らは将来の治療法がSP遺伝子によって制御される生物学的メカニズムの一部を模倣できる可能性があると考えています。
「これを、人間の組織再成長において、このスタイルの表皮再生の代わりに治療法を提供できるという一種の原理証明として使用できます」とキャリー氏は説明した。
将来の人体四肢再生に向けた構築
研究者らは、この研究はまだ初期段階にあり、マウスでの発見が人間の治療に応用されるまでにはさらに多くの研究が必要になると警告している。それでもキャリー氏は、この研究は将来の再生療法の重要な基盤になると述べた。
「科学者たちは、生体工学による足場や幹細胞療法など、四肢置換のための多くの解決策を追求しています」とキャリー氏は説明した。 「この研究における遺伝子治療アプローチは、いつか確実に人間の四肢を再生するための学際的な解決策となるものを補完し、強化できる新しい方法です。」
キャリー氏はまた、非常に異なる動物や生物学的システムに取り組んでいる科学者間の協力の重要性を強調しました。
「多くの場合、科学者は独自のサイロで研究しています。私たちはウーパールーパーだけを研究しているか、マウスだけを研究しているか、あるいは魚だけを研究しています」とキャリー氏は語った。 「この研究の顕著な特徴は、私たちがこれらすべての異なる生物に取り組んでいることです。これは非常に強力であり、この分野でもっと見ることができることを願っています。」
