あなたの臓器は何歳ですか？ 科学者が驚いたことに、臓器は若い細胞と古い細胞が混在している

あなたの臓器は何歳ですか？ 科学者が驚いたことに、臓器は若い細胞と古い細胞が混在している

ソークの科学者が極めて長寿の細胞構造を発見し、加齢に関連した病気の洞察につながる

【ラホーヤ】科学者たちはかつて、ニューロン、あるいは心臓細胞が体内で最も古い細胞であると考えていた。 今回、ソーク研究所の研究者らは、マウスの脳、肝臓、膵臓には非常に寿命の長い細胞とタンパク質の集団が含まれており、中にはニューロンと同じくらい古いものもあることを発見した。 「年齢のモザイク現象」を示すこの研究結果は、 細胞代謝 研究チームの手法は体内のほぼすべての組織に適用でき、非分裂細胞の生涯にわたる機能や、細胞が加齢に伴ってタンパク質や重要な​​細胞構造の品質と完全性の制御をどのように失うかについて貴重な情報を提供できる可能性がある。

「細胞構造が、それが存在する生物と本質的に同じくらい古いものであることを発見して、私たちは非常に驚きました」とソーク副社長兼最高科学責任者は述べています。 マーティン・ヘッツァー、上級著者および教授。 「これは、私たちが以前に想像していたよりもさらに大きな細胞の複雑性を示唆しており、脳、心臓、膵臓などの臓器の老化についての私たちの考え方に興味深い影響を及ぼします。」

脳内のほとんどのニューロンは成人期には分裂しないため、寿命が長く、加齢に伴う衰退を経験します。 しかし、主に技術的な限界により、脳の外側の細胞の寿命を決定することは困難でした。

「生物学者たちは、生物の細胞は何歳なのかと尋ねました。 ニューロンは古いが、体内の他の細胞は比較的若く、生物の生涯を通して再生するという一般的な考えがあります」と、筆頭著者でありソークのスタッフ科学者であるラファエル・アロホ・エ・ドリゴは言う。 「私たちは、特定の臓器にも脳内のニューロンと同じくらい長命な細胞が存在する可能性があるかどうかを確認することにしました。」

研究者らは、ほとんどのニューロンは寿命の間に交換されないことを知っていたため、他の非分裂細胞を比較するための「年齢ベースライン」としてニューロンを使用しました。 研究チームは、電子同位体標識とハイブリッドイメージング法（MIMS-EM）を組み合わせて、若年および高齢のげっ歯類モデルの脳、膵臓、肝臓における細胞およびタンパク質の年齢と代謝回転を視覚化および定量化しました。

彼らの方法を検証するために、科学者たちはまずニューロンの年齢を測定し、予想どおり、ニューロンが生物と同じくらい古いことを発見しました。 しかし、驚くべきことに、血管の内側を覆う内皮細胞と呼ばれる細胞も、ニューロンと同じくらい古いものでした。 これは、一部の非神経細胞は生涯にわたって複製または置換されないことを意味します。

血糖値の維持と消化酵素の分泌を担う膵臓にも、さまざまな年齢の細胞が見られた。 ランゲルハンス島として知られる膵臓の小さな部分は、研究者らにとって、相互接続された若い細胞と古い細胞のパズルのように見えました。 インスリンを放出する一部のベータ細胞は生涯にわたって複製され、比較的若い細胞でしたが、一部は分裂せず、ニューロンと同様に長命でした。 デルタ細胞と呼ばれるさらに別の種類の細胞は、まったく分裂しませんでした。 膵臓は、年齢モザイク、つまり寿命によって区別される同一の細胞の集団の顕著な例でした。

これまでの研究では、肝臓には成人期に再生する能力があることが示唆されていたため、研究者らは比較的若い肝細胞を観察できることを期待してこの臓器を選択した。 驚いたことに、健康な成体マウスの肝細胞の大部分はその動物と同じくらい古いのに対し、血管の内側を覆う細胞や別の肝細胞タイプである星状細胞ははるかに寿命が短いことが判明した。 したがって、予想外なことに、肝臓も年齢モザイクを示し、この臓器の再生研究の新たな可能性を示唆しています。

分子スケールでは、観察された長命細胞の選択には、年齢モザイクを示すタンパク質複合体が含まれていました。 たとえば、膵臓やニューロンのベータ細胞の一次繊毛（細胞の外側にある毛のような付属物）には、寿命が大きく異なるタンパク質領域が含まれていました。 まったく対照的に、肝臓の細胞には長寿命のタンパク質がまったく含まれていませんでした。

「新しい視覚化技術のおかげで、細胞とその超分子複合体の年齢をこれまでより正確に特定できるようになりました。 これにより、正常な状態と病気の状態にあるすべての細胞、組織、器官を研究するための新たな扉が開かれます」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校医学部の神経科学の特別教授であり、ヘッツァー氏との研究の共同リーダーであるマーク・エリスマン氏は述べています。 彼の研究室である国立顕微鏡画像研究センターは、相関マルチスケールおよびマルチモーダル顕微鏡のための新しい組織イメージング手法を開発および提供しました。 これらの方法は、この研究の実施を可能にする新しい実現技術を提供しました。

「成人生物の細胞と細胞内構造の年齢を決定することは、細胞の維持と修復のメカニズム、そして成人期の累積的な変化が健康と病気の発症に及ぼす影響についての新たな洞察を提供するでしょう」とヘッツァーは付け加えます。 「最終的な目標は、これらのメカニズムを利用して、細胞の再生が制限されている臓器の加齢に伴う衰えを予防または遅らせることです。」

次に著者らは、核酸と脂質の寿命の違いを解明する予定だ。 彼らはまた、年齢モザイクが健康や 2 型糖尿病などの病気にどのように関係しているのかも理解したいと考えています。

他の著者には、ソークのスワティ・ティヤギが含まれていました。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のヴァルダ・レフラム氏、ランジャン・ラマチャンドラ氏、トーマス・ディアリンク氏、エリック・ブション氏、セバスチャン・ファン氏。 カリフォルニア工科大学のビクトリア・オーファン。 とブリガム・アンド・ウィメンズ病院のクロード・レシェーヌ氏。

この研究は、国立衛生研究所 (R01 NS096786、NINDS NIH RO1 NS027177-30、NIGMS 5P41 GM103412-29)、ケック財団、NOMIS 財団、米国エネルギー省 (DE-SC0016469)、NINDS 神経科学コアから資金提供を受けました。 (NS072031)、ウェイト財団、チャップマン財団、ヘルムズリー慈善信託、米国糖尿病協会博士研究員フェローシップ (#1-18-PMF-007)、およびキュリー研究所の細胞および組織イメージング施設 (PICT) のメンバーフランスバイオイメージング国家インフラストラクチャー (ANR-10-INBS-04)

DOI： 10.1016 / j.cmet.2019.05.010