筋線維の損傷部分に核が集まってくる新現象を発見
私たち動物には、傷ついた筋肉を回復させるシステムが備わっています。
筋肉が損傷すると、損傷部分を穴埋めしようと多くのタンパク質が集まってきて、ある種の「再生キャップ」を形成します。
これら再生用のタンパク質はセントラルドグマに従い、生命の設計図である核内部に収められたDNAと設計図の部分写しであるmRNAをもとに組み立てられていきます。
しかし損傷した場所に向けて、いちいちmRNAやタンパク質を輸送するのは効率的ではありません。
そこで今回、ポンペウ・ファブラ大学の研究者たちは、再生中の筋肉の「核の位置」を詳細に観察することにしました。
損傷部分に核が直接移動することで、タンパク質を輸送ではなく現地生産することが可能になると考えたからです。
さっそく研究者たちは、マウスと人間の被験者の両方に筋肉を動かすトレーニング（ジョギングなど）をしてもらい、その後、生きた筋線維を採取（筋生検）して観察を行いました。
すると、運動から5時間以内に筋線維の損傷部分にタンパク質が蓄積している様子が確認されます。
また、この時点では損傷部分と核の位置関係に有意な差はみられませんでした。
しかし運動から24時間後に採取した筋線維を調べたところ、マウスでも人間でも、筋線維の損傷部分に複数の核が集まっていることが確認されたのです。
筋線維は多核であることが知られており、1つの細胞に複数の核が存在していることが知られています。
問題は、集まってきた核たちが損傷部位で何をしているかです。
核がやってくるとmRNAが爆発的に増加する
集まってきた核たちは修復現場で何をしているのか？
謎を解明するため研究者たちはマウスの筋肉細胞を培養し、レーザーで傷をつけて、何が起こるのかを観察しました。
すると培養された筋肉細胞では、損傷から5時間以内に核が集結し、損傷部分においてタンパク質生産に必須なmRNAの量が爆発的に増加し、タンパク質の生産速度も大幅に増加していることも示されました。
そして培養細胞にできた傷は、24時間後にには修復プロセスが「ほぼ完了」していることが判明します。
この結果は、筋損傷部位に核が直接出向くことで、タンパク質の現地生産を加速させていることを示します。
似たような仕組みは、生きているマウスや人間の体内でも起きていると考えられます。
そうなると疑問になるのが、核がいったいどんな仕組みで「移動」を行ったかです。
「手足」がない核は分子モーターの力でたぐり寄せられた
実験結果から、核が移動していることは明らかです。
しかし核には自律的な運動を可能にするような「手足」に相当する器官はありません。
そこで研究者たちは核がいかなる力学的な仕組みで移動したのかを調べました。
結果、細胞内でレールの役割をする「微小管」と、微小管上を移動する分子モーターの「ダイニン」がかかわっている可能性が示されました。
損傷が起きた部分にタンパク質が集まってくる背後では、核から損傷部分に微小管のレールが引かれ、核はその上を動くダイニンという分子モーターの力でたぐり寄せられてきたのだと考えられます。
新たなメカニズムは新たな薬の開発につながる
今回の研究において、筋細胞の核には損傷部分に移動して再生を促進させる性質があることが示されました。
タンパク質の設計図が収められた核が損傷部分に直接出向くことで、タンパク質の現地生産を可能にし、再生の円滑化が行われていたのだと考えられます。
また核の移動には微小管というレールとダイニンという分子モーターが方向付けと力学的な力を提供していることが示されます。
さらに追加の研究で、微小管とダイニンによる核輸送システムが、カルシウム・Cdc42・ホスホキナーゼCが関与するシグナル伝達経路によって構築されると判明します。
核の移動にもとづく修復は幹細胞による再生とは本質的に異なる、全く新しい仕組みと言えるでしょう。
研究者たちは今後、核の移動にかかわるプロセスの分子経路を標的とする、新たな薬が開発できると考えています。
新たな筋線維修復のメカニズムが解明されることで、アスリートたちのトレーニング方法にも革命が起こるかもしれません。
