クマムシは、乾燥、高放射線、極端な温度などの過酷な環境にも耐えうる微小な生物で、その驚異的な耐久性は長年にわたり科学者らの関心を引いてきました。ワイオミング大学のシルビア・サンチェス＝マルティネス博士（Silvia Sanchez-Martinez, PhD）率いる最近の研究は、クマムシの卓越した耐久性の生物学的メカニズムが、人間の細胞保存やストレス管理に大きな可能性を秘めていることを明らかにしました。このオープンアクセス研究は、2024年3月19日付でProtein Scienceに掲載されました。
この研究は、細胞質豊富熱可溶性（CAHS: cytoplasmic abundant heat soluble）タンパク質として知られる特定のクラスのタンパク質に焦点を当てています。これらのタンパク質は、クマムシが環境ストレス、例えば脱水時に休眠状態（生体静止）に入ることを可能にする重要な役割を果たしています。この状態では、クマムシは代謝プロセスを効果的に停止し、通常なら致命的な環境条件を生き延びることができます。
研究チームは、CAHSタンパク質をヒト細胞に導入したところ、これらのタンパク質がゲル状の構造を形成し、細胞代謝を遅らせると同時にストレス耐性を高めることを確認しました。この研究の論文タイトルは、「Labile Assembly of a Tardigrade Protein Induces Biostasis（クマムシタンパク質の不安定な集合が生体静止を誘発する）」です。
CAHSタンパク質がヒト細胞において生体静止を誘発する能力は、一連の実験を通じて確認されました。これらの実験では、CAHSタンパク質の導入により、細胞の代謝活動が低下するだけでなく、温度変化や脱水といった外的ストレス因子に対する抵抗性も向上しました。この研究によると、これらのゲル状構造を形成するタンパク質は分子運動を制限することによって機能し、細胞を休止状態にする役割を果たしています。環境ストレスが取り除かれると、これらのタンパク質は解離し、細胞は損傷を伴うことなく通常の代謝機能を再開します。
ゲル化のプロセスは、CAHSタンパク質の保護機能において重要な要素です。この研究が示すように、これらのタンパク質は可逆的な相転移を経験し、ストレスによって細胞内にゲルネットワークを形成します。このゲルは細胞機能を制限し、生物材料を損傷から保護します。この保護メカニズムは、クマムシが自然界で極限環境を生き抜く方法に似ています。研究では、他の乾燥耐性生物がトレハロースのような糖類の蓄積に依存して乾燥を生き延びるのに対し、クマムシはこれらの独特なCAHSタンパク質に依存していることが強調されています。
また、CAHSタンパク質の構造生物学に関する研究も行われ、ゲルを形成する能力は、線維状ネットワークの組み立てを促進する特定の配列特性に依存していることが明らかになりました。このネットワークは細胞の内部構造を安定化させるだけでなく、細胞代謝を低下させる役割も果たしています。さらに、この線維状ネットワークが可逆的であることが研究で示されました。ストレス条件が緩和されると、これらのタンパク質は解体し、細胞は通常の機能を再開します。このように、活性状態と休眠状態を切り替える能力により、これらのタンパク質はヒト医療において特に興味深いものとなっています。例えば、老化、細胞保存、ストレス耐性細胞の開発などの分野での応用が期待されています。
この研究の広範な影響について、サンチェス＝マルティネス博士とその研究チームは、これらのタンパク質がヒト細胞内でどのように機能するかについて、まだ多くの課題が残されていると注意を促しています。しかし、今回の研究は、クマムシタンパク質がヒト細胞のレジリエンス向上に利用できる可能性を示す有望な基盤を提供しています。特に、臓器保存、再生医療、さらには血友病のようなストレス耐性が重要な疾患の治療において応用が期待されています。
ワイオミング大学のこれまでの研究は、CAHSタンパク質がヒト細胞のストレス耐性を高める医薬品開発の鍵となる可能性があることを示唆していましたが、今回の研究はそれをさらに一歩進めたものです。この研究チームがこれらのタンパク質の探求を続けることで、生体静止技術に関連した未来のイノベーションが開かれる可能性があります。この技術では、ヒト細胞がより長期間保存可能となり、従来は有害であった条件下でも生存可能になることが期待されています。
現在のところ、人類がクマムシのような不死性や深宇宙での生存能力を得るには至っていませんが、この研究は、ヒト細胞や組織の保存期間を延ばし、生物材料の保存に貢献する可能性のあるユニークな生物学的ツールを提供しています。健康の維持や生物材料の保存といった分野における進歩に繋がることが期待されます。
