研究者らはクマムシの放射線耐性の秘密を解明し始めた

クマムシは、そのかわいらしさだけでなく、ほぼ不死身であることでも有名です。この小さな生き物は極限環境生物で、他のほとんどの生物が死滅するような環境での生活に適応しています。種によって耐性は異なりますが、最も興味深いのは、一部の種が大量の電離放射線に耐えられることです。場合によっては、人間を殺すのに必要な量の 1,000 倍を超える放射線にも耐えられます。

今年初め、科学者たちは、 Hypsibius exemplarisと呼ばれるクマムシの一種がどのようにしてこれほど大量の放射線に耐えられるのかを解明しようと調査しました。驚いたことに、クマムシは放射線による損傷から DNA を保護する何らかの方法を進化させておらず、その代わりに、損傷を迅速かつ効率的に修復する驚くべき能力を示していました。

[関連:超回復力を持つクマムシが放射線で損傷した DNA を修復する方法]

10月24日にサイエンス誌に掲載された新しい研究では、別のクマムシ類、 Hypsibius henanensisの放射線耐性を調査している。（これは研究者自身によって発見され、中国の河南省にちなんで命名された新種である。）これらのクマムシ類は大量のガンマ線（電離放射線の一種である高エネルギー光子）にさらされ、研究者らはクマムシの体組織がどのように反応したかを研究した。

研究者らは、H. henanensis がH. exemplarisと同様に損傷した DNA を修復する能力を示す一方で、他にもいくつかの秘策を秘めていることを発見した。

電離放射線が生物に及ぼす危険は、原子を電離させる能力から生じます。ガンマ線光子は十分なエネルギーを持っているため、原子に当たると、その原子の電子の 1 つが弾き飛ばされます。その原子が DNA 分子の一部である場合、有名な二重らせんを形成する繊細な鎖の 1 つまたは両方が切断される可能性があります。両方の鎖が切断されると特に危険ですが、損傷があると分子が適切に複製されなくなります (これが電離放射線ががんを引き起こす原因です)。

H. henanensis が放射線にさらされると、3 つの重要なメカニズムが作動します。1 つ目は、 H. exemplarisで実証されたのと同じターボチャージされた DNA 修復能力です。これは TRID1 と呼ばれるタンパク質によって駆動され、クマムシに特有であると思われます。新しい研究の研究者は、TRID1 が放射線曝露にどのように反応するかを詳しく調べました。研究者らは、TRID1 が DNA の二重鎖切断を受けた部位に集まり、二重鎖切断の修復に不可欠と思われる 53BPI と呼ばれる別のタンパク質の蓄積を促進することを発見しました。

研究者らは、放射線被曝に反応して活動を開始する遺伝子にも注目した。この遺伝子 BSC1 は、ミトコンドリアの ATP 合成に重要であることが知られている 2 つのタンパク質の生成をアップレギュレーションすることで放射線に反応する。H . henanensis が放射線被曝に反応してこれらのタンパク質を大量に生成するという事実から、研究者らは、これらのタンパク質が DNA 修復にも役割を果たしている可能性があると理論づけた。これは、人間の放射線被曝がミトコンドリアの機能不全を引き起こす理由も説明できるかもしれない。「私たちの研究は、ミトコンドリアタンパク質と核 DNA 修復の間に予期せぬつながりを示し、放射線被曝後のミトコンドリアの調節不全に対する別の説明を提供した。」

H. henanensis は、そもそも電離放射線による損傷を最小限に抑えることもできるようです。DNA への直接的な損傷は壊滅的ですが、電離放射線は他の方法でも損傷を引き起こす可能性があります。論文では、「[電離放射線] は、直接作用と間接作用という 2 つのメカニズムを通じて生物学的影響を及ぼします。後者は活性酸素種 (ROS) によって媒介され、IR の [放射線] 効果の 60% から 70% を占めます」と説明されています。

生命には、抗酸化物質という形で、フリーラジカルに対する独自の防御システムがあります。これらの分子はフリーラジカルと反応して効果的に中和し、生物内では一般的に両者のバランスが取れています。しかし、生物のシステム内にフリーラジカルが多すぎて抗酸化能力が過剰になると、生物は「酸化ストレス」を経験します。これは、ROS分子が細胞組織、DNA分子、および邪魔になる不運な他のものと自由に反応する状態です。

H. henanensis は、放射線被曝に反応してベタレインと呼ばれるタンパク質を大量に生成することでこの問題に対処しています。これらのタンパク質は非常に効果的な抗酸化物質であり、余分なフリーラジカルがクマムシのシステムに大損害を与える前に基本的に除去する働きをします。クマムシにおけるベタレインの存在は、それらが通常植物中に見られることから注目に値します。その生成は DODA1 と呼ばれる遺伝子によって制御されており、研究者らは、この遺伝子がおそらく Bdellovibrionota 門の細菌から水平遺伝子伝播によってクマムシにもたらされたと推測しています。クマムシが放射線被曝を生き延びる仕組みを理解することは、それ自体が興味深いだけでなく、人間が同じように生き延びることにも役立ちます。今年初め、 H. exemplarisの研究に触発された研究者らは、TRID1 をヒト細胞に導入すると、それらの細胞の DNA 損傷に対する抵抗力が向上する可能性があることを発見しました。クマムシの回復力についてはまだ解明されていないことも多いため、この謙虚な小さな動物には、明らかにすべき秘密がまだたくさんあるかもしれない。この新しい論文の背後にあるチームは声明で、「クマムシのような極限環境生物は、ストレス耐性の未解明の分子メカニズムの宝庫です。これらの放射線耐性メカニズムの機能研究は、極限条件下での細胞生存に関する理解をさらに広げ、人間の健康を促進し、病気と闘うためのヒントになるかもしれません」と述べた。