ゼブラフィッシュは驚くべき方法で脊髄を再生する

科学者らは初めて、ゼブラフィッシュの神経細胞の詳細な地図を作成した。この地図は、この特別な魚がどのようにして切断された脊髄を完全に治癒できるかを科学者に示しており、人間の脊髄損傷の治癒戦略を開発する手掛かりとなる可能性がある。この研究結果は、8月15日にネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された研究で詳細に述べられている。

幹細胞は単独ではない

小さくて半透明のゼブラフィッシュは、切断された脊髄を完全に治癒できる脊椎動物のエリートグループに属しています。このグループの他のメンバーには、イモリやアホロートルなどの尾のある両生類、ウナギのようなヤツメウナギが含まれます。人間の場合、脊髄損傷は完全に人生を変え、感覚や運動の永久的な喪失を引き起こす可能性があります。これは、損傷したニューロンが必ず死ぬことが一因です。

ゼブラフィッシュの脊髄が損傷すると、損傷したニューロンは細胞機能を劇的に変化させることで反応します。ニューロンは、治癒を可能にする非常に正確なイベントを調整するという新たな中心的な役割を担います。科学者は、ゼブラフィッシュのニューロンが脊髄損傷から生き延びることを知っていましたが、この新しい研究は、その仕組みを明らかにしています。

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切断されたニューロン自体の生存と適応性は、脊髄が完全に再生するためには必須です。驚くべきことに、新しいニューロンを形成する能力があり、一般的に再生の中心であると考えられている幹細胞は、ここではより補完的な役割を果たしています。損傷を防ぐ別のニューロンのセットが主導権を握っています。

「人間で実現しようとしている神経修復のほとんど、あるいはすべてが、ゼブラフィッシュでは自然に起こることを発見しました」と、セントルイスのワシントン大学医学部の発生生物学者で、研究の共著者であるメイサ・モカレド氏は声明で述べた。「私たちが得た驚くべき観察結果は、損傷直後に強力な神経保護および修復メカニズムが起こっていることです。」

研究チームは、これらの保護メカニズムにより、ニューロンはまず損傷から生き延びることができると考えています。その後、ニューロンは「自発的な可塑性」、つまり機能の柔軟性を獲得します。これにより、ゼブラフィッシュは完全に回復するために必要な新しいニューロンを再成長させる時間が得られます。

「私たちの研究は、人間や他の哺乳類の細胞でこの種の可塑性を促進するのに役立つ遺伝子ターゲットを特定しました」とモカレド氏は語った。

タイム誌は、再生に関わるさまざまな細胞タイプの進化する役割を解明することで、生き残った損傷ニューロンの柔軟性と、損傷後すぐに再プログラムする能力が、脊髄の完全な再生に必要な一連の出来事のきっかけとなることを発見した。損傷後も生き残ったニューロンが機能しなくなると、再生幹細胞がまだ残っているにもかかわらず、魚は正常な遊泳能力を取り戻さない。

毒性ニューロン

人間や他の哺乳類では、脊髄を構成する長い配線が切断されたり押しつぶされたりすると、一連の毒性イベントが引き起こされ、ニューロンが死滅し、脊髄環境が毒性になり、修復機構にとって不利になります。このニューロン毒性は、幹細胞を利用して人間の脊髄損傷を治療する試みがあまりうまくいかなかった理由の一部である可能性があります。新しい論文は、幹細胞による再生に焦点を当てるのではなく、人間の脊髄損傷を治療する新しい方法は、損傷したニューロンを死から救うことから始めるべきだと示唆しています。

「他の細胞との接続がないニューロンは、単独では生き残れません」とモカレド氏は言う。「ゼブラフィッシュでは、切断されたニューロンは柔軟性があるため、損傷後すぐに新しい局所的な接続を確立できるため、損傷のストレスを克服できると考えられます。私たちの研究は、これがニューロンを死から守り、システムが神経回路を維持しながら主脊髄を構築し再生できるようにする、時間を稼ぐ一時的なメカニズムであることを示唆しています。」

この治癒能力は哺乳類のニューロンの中に存在するが、休眠状態にあるという証拠がいくつかある。研究チームによると、これらを発見することが新しい治療法への道となる可能性があるという。

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「ゼブラフィッシュのこの保護プロセスを調整する遺伝子（ヒトゲノムにもそのバージョンが存在する）を特定することで、脊髄損傷後に見られる細胞死の波から人間のニューロンを保護する方法を見つけるのに役立つことを期待しています」とモカレド氏は述べた。

この研究はニューロンに焦点を当てていますが、脊髄再生は極めて複雑なプロセスです。今後の研究では、この新しい細胞アトラスを詳しく調べ、脊髄再生中に他の細胞タイプが何をするのかを理解するでしょう。研究チームは特に、免疫細胞に加えて、グリアと呼ばれる一部の非神経細胞が中枢神経系でどのような役割を果たすのかに関心を持っています。ゼブラフィッシュでの発見と、マウスや人間の神経組織で起こっていることとを比較する研究も進行中です。