幹細胞の助けを借りて、2億5千万年ぶりにトカゲの完璧な尻尾を再生

幹細胞の助けを借りて、2億5千万年ぶりにトカゲの完璧な尻尾を再生 生物学
ヤモリは尻尾を再生することができるが、再生された尻尾は元の尻尾の不完全なコピーである。©Lozito Lab.

トカゲは切断された尻尾を再生することができます。

しかし、脊柱や神経を含む本来の尾の代わりに、不完全な軟骨チューブが使われていました。

今回、南カリフォルニア大学(USC)が中心となってNature Communications誌に掲載された研究では、幹細胞を使ってトカゲがより良い尻尾を再生できることが初めて明らかになりました。

南カリフォルニア大学のケック医科大学の整形外科および幹細胞生物学・再生医学の助教授であるThomas Lozito氏は、「この研究は、爬虫類、鳥類、哺乳類のいずれにおいても、幹細胞を用いた治療によって付属肢の再生が著しく改善された唯一の例であり、ヒトの創傷治癒を改善するための取り組みに役立つものです。」と述べています。

この新しいトカゲの尻尾は、「背腹軸パターン」と呼ばれるもので、上側(背側)に骨格や神経組織があり、下側(腹側)に軟骨組織があることを意味します。

「トカゲは2億5,000万年以上前から存在していますが、これまで、背腹軸パターンを持つ尻尾を再生したトカゲはいませんでした。私の研究室では、パターン化された骨格を持つ再生トカゲの尾を初めて作成しました。」

これを実現するために、南カリフォルニア大学とピッツバーグ大学の医学部の科学者チームは、トカゲの尻尾が成体再生時にどのように形成されるかを、胚の発生時と比較して分析しました。

どちらの場合も、神経系を作る幹細胞である神経幹細胞(NSCs)が中心的な役割を果たしています。

成体の神経幹細胞は、骨格や神経の形成を阻害して軟骨の成長を促す分子シグナルを産生し、尻尾の両側を効果的に「腹側化」します。

その結果、再生した尾の典型的な軟骨チューブが形成される。

この腹側化シグナルがない場合でも、成体の神経幹細胞は尾の背側に新しい神経組織を生成することができません。

一方、胚の神経幹細胞は、尻尾の下側、つまり腹側になる軟骨部分でのみ、この「腹側化」シグナルを作り出します。

一方、このシグナルがない場合、上側(背側)では骨格や神経組織が形成されます。

このようにして、尾は本来の胚の付属器官に特徴的な複雑な背腹軸パターンを獲得するのです。

しかし、胚の神経幹細胞を成体の尾の切り株に移植しても、腹側のシグナルに反応してしまい、背側の構造に発展しません。

Lozito氏や研究員らは、遺伝子編集ツールを用いて、胚性幹細胞が腹側化シグナルに反応しないようにし、この細胞を成体の尾根に外科的に移植することで、完璧な尾根を再生することに成功しました。

Lozito氏は、「今回の研究は、生物の再生能力を向上させるための必須の実践方法を提供してくれました。不完全な再生トカゲの尻尾を完成させることで、切断された人間の手足や脊髄など、自然には再生されない傷の治癒力を高めるための青写真を得ることができます。このように、私たちのトカゲ研究が、治りにくい傷を治療するための医学的なブレークスルーにつながることを期待しています。」と述べています。

その他の共著者として、ピッツバーグ大学医学部のRicardo Londono氏、Aaron X. Sun氏、南カリフォルニア大学のMegan L. Hudnall氏がいます。

本研究は、米国国立衛生研究所(National Institute of General Medical Sciences)からの助成金R01GM115444によって実現しました。

Published by University of Southern California. Thomas P. Lozito et al, Introducing dorsoventral patterning in adult regenerating lizard tails with gene-edited embryonic neural stem cells, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26321-9