サラマンダーの再生能力、鍵は「闘争・逃走反応」？

このオープンアクセス論文のタイトルは「Adrenergic Signaling Coordinates Distant and Local Responses to Amputation in Axolotl（アホロトルの切断に対する遠隔および局所的な応答を調整するアドレナリン作動性シグナル伝達）」です。

人間にもある「アドレナリン」が鍵

本研究の筆頭著者であり、ハーバード大学幹細胞・再生生物学教室（SCRB）の博士研究員であるドゥイグ・パイジン-ドグル博士（Duygu Payzin-Dogru）は、次のように述べています。 「私たちは、細胞を再生に向けて準備させる上で、アドレナリンというストレスシグナルホルモンが重要であることを示しました。人間もアドレナリンを持っています。つまり、アホロトルで見つかった要素のいくつかをうまく利用すれば、人間の再生能力を向上させられるかもしれないのです。私たちも同じ構成要素をいくつか持っており、あとはそれらを適用する正しい方法を見つけ出すだけです」

この新しい研究は、メキシコ原産のアホロトルの四肢再生を研究しているSCRBの准教授、ジェシカ・ホワイテッド博士（Jessica Whited）の研究室による数年間の研究の集大成です。アホロトルはサラマンダーの中でも繁殖が早いため、四肢再生のモデル生物として頻繁に研究されています。

全身で「怪我」を記憶するメカニズム

プラナリアなどの一部の無脊椎動物は、組織の小さな断片から体全体を再生できます。しかし、脊椎動物の中で完全な手足を再生できるのはサラマンダーだけです。手足が切断されると、サラマンダーは「再生芽（blastema）」と呼ばれる、新しい腕や足、尾を形成するために特化した前駆細胞を含む塊を作り出します。

2018年、ホワイテッド博士のチームは、手足の切断が、無傷の手足や臓器を含む全身の細胞増殖を引き起こすことを報告しましたが、その反応を支配するメカニズムは不明でした。チームは38人の共著者と共に6年以上をかけて、そのプロセスを解読しました。

彼らは、この全身的な反応が「アドレナリン作動性シグナル伝達（adrenergic signaling）」ネットワークによって調整されていることを発見しました。これは、極度のストレス時に心拍数、呼吸、血流などの不随意反応を制御する交感神経系の一部です。

幹細胞やその他の前駆細胞の全身的な活性化は、怪我をしていない他の手足の再生速度を早める「プライミング（準備）」を行います。これは、捕食者や共食いによって複数の手足を失うことが多いサラマンダーが、野生で生き残るために役立つ能力かもしれません。研究者たちは、活性化された細胞がDNA構造を再構成し、いくつかの遺伝子のスイッチを入りやすくすることで、将来の再生に備えていることを発見しました。

「動物は怪我の『短期記憶』を全身で形成しているようです」とパイジン-ドグル博士は言います。「怪我を感知して、次の怪我に素早く対応できるように『準備モード』に入る何らかの仕組みがあるのです」

再生医療へのパラダイムシフト

ただし、このプライミングは短期間しか続きません。高い代謝コストがかかるため、短期間しか維持できないのかもしれません。4週間後には、四肢再生の速度に違いは見られなくなりました。

また、この研究ではシステムの異なる要素の役割も解析されました。「アルファ・アドレナリン作動性シグナル伝達」と呼ばれる経路は、遠隔の細胞を四肢再生のためにプライミングするのに必要であり、一方、「ベータ・アドレナリン作動性シグナル伝達」経路は切断部位での再成長を促進します。さらに、アドレナリン作動性シグナルは、細胞の成長と分裂を促進する「mTORシグナル伝達経路（mTOR signaling pathway）」の活性化など、四肢再生に不可欠な下流プロセスの連鎖も引き起こしました。

これまで多くの生物学者は、四肢再生を怪我をした部位だけの局所的な現象と見なしてきました。しかし、ホワイテッド博士は、それが全身的なイベントとして見なされるべきであることを示す証拠が増えていると述べています。

「これはパラダイムシフトだと思います」と博士は新しい研究について語ります。「この発見は、アホロトルでどう機能するかだけでなく、他のシステムでどう機能するかを解明しようとする多くの将来の研究を刺激することになるでしょう」

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