細胞世界の「孫悟空」を「五行山」の下から解放するにはどうすればいいのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: 王飛 (神経科学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

幹細胞の「72の変化」

国産ゲーム『Black Myth: Wukong』が最近大人気となっているのは、国産ゲーム産業が大きく進歩しただけでなく、私たちが作り上げた孫悟空のイメージがとてもクラシックだからでもあります。そこで私は1986年の古典版『西遊記』を見つけて、もう一度読みました。孫悟空のイメージが再び私の心の中に蘇りました。もちろん、今日は孫悟空についてだけではなく、私たちの体内にある孫悟空に非常によく似た細胞の一種、幹細胞についてもお話ししたいと思います。

「Black Myth: Wukong」ゲームポスター

(画像出典: Black Myth: Wukong ゲーム公式サイト)

孫悟空といえば、72 種類の姿に変身できる能力を持っていることは、すべての子供たちが知っています。幹細胞は 72 種類以上の異なる形態に変化することもできます。幹細胞は私たちの体内にある無限の可能性を秘めた細胞の一種です。神経細胞、血液細胞、筋肉細胞、骨細胞など、さまざまな細胞になることができます。さらに、幹細胞は1つから2つ、2つから4つに変化することができ、1つの幹細胞から何千もの細胞が変化します。これを見ると、孫悟空は髪の毛を抜くことで何人もの孫悟空に変身できることが思い出されます。これは幹細胞から学んだことではないですか？

もう一つの特徴は、幹細胞は増殖し続けることができるため、「不死」であると言える点であり、孫悟空に少し似ています。幹細胞を使えば、私たちの生活の中で遭遇する多くの病気を克服できると言えます。例えば、患者が白血病を患っていて白血球が足りない場合、幹細胞は無数の白血球に変換されます。これからはテレビドラマで主人公が白血病で突然死んでしまうという悲しい結末は見られなくなるだろう。

幹細胞の機能

(画像出典: 全米アカデミー)

私たちの脳にも神経幹細胞と呼ばれる幹細胞が存在します。しかし、成人の脳内の神経幹細胞は、五行山に圧迫されている孫悟空に似ています。彼はあらゆる能力を持っているが、それを使うことができない。

脳内の休眠中の神経幹細胞を目覚めさせ、その無限の潜在能力を解き放ち、脳疾患を治療する方法は、現代の科学研究および医療分野における大きな課題です。成人の脳内の幹細胞を救出することは非常に意義深いだけでなく、人間の発達過程において、神経幹細胞が適時に開封され、他の細胞に変換されなければ、脳の発達にも影響を及ぼし、小頭症、自閉症、脳性麻痺などの神経発達障害を引き起こすことになります。したがって、休眠中の神経幹細胞を活性化し、新しいニューロンを生成できるようにすることが、脳の修復と成長にとって非常に重要です。

これを見ると、「西遊記」で最も重要なエピソードは、五行山の下に閉じ込められた孫悟空と唐少佐が遭遇する場面だということを思い出します。想像してみて下さい。もし彼があの道を通らなかったら、あるいは山のふもとで毛猿を見なかったら、あるいはそれを見た時に怖気づいて逃げ去っていたら、その後の八十一難の物語は生まれなかったでしょうし、唐帝国が「大乗仏教」の真の経典を歓迎することもなかったでしょう。

西遊記の静止画

（写真提供：CCTV）

「五行山」の鍵を開ける

では、神経幹細胞の封印を解除し、「五行山」の下から解放するにはどうすればいいのでしょうか?まず、神経幹細胞を抑制し、魔法の発動を妨げる「五行山」とは何かを知る必要があります。

デューク大学とシンガポール国立大学の研究室は共同で、神経幹細胞が休眠状態になる理由を研究した。研究者らは、超顕微鏡法と生細胞イメージング技術を用いて、休眠中の神経幹細胞にF-アクチン（鎖アクチン）と呼ばれる細胞骨格タンパク質が存在することを発見した。これらの糸状の細胞骨格タンパク質は、神経幹細胞が休眠状態から活性化状態に変化する過程において継続的に動きます。これらは細胞の突起から細胞体内に徐々に移動し、細胞体内に集まり、その後細胞は分裂します。

幹細胞

（写真提供：veerフォトギャラリー）

神経幹細胞の活性化をしっかりとコントロールしているのは、この細胞骨格だと言えます。それらは神経幹細胞を圧迫する「五行山」です。彼らの動きは、五行山が崩壊するときの動きのようです。したがって、F-アクチンの動きを制御する鍵を習得すれば、休眠中の神経幹細胞を解放することができます。

神経幹細胞におけるFアクチンのサイレンシング

（画像出典：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）

では、五行山をどうやって揺らすのでしょうか？実は五行山は重くないんです。孫悟空は自身の能力でそれを覆すことができます。その鍵は五行山の封印にあり、五行山を抑える鍵となる。では、神経幹細胞の細胞骨格 F-アクチンを制御するシールとは何でしょうか?

共同チームは、特定の種類のフォルミンタンパク質（鎖状アクチンポリメラーゼ）が細胞骨格Fアクチンの変化を制御し、それによって神経幹細胞の活性化のプロセスを制御していることを発見しました。研究室では、フォルミンタンパク質を除去すると、神経幹細胞は休眠状態から活性化状態に切り替えることができなくなりました。もちろん、神経幹細胞を結合する細胞骨格 F-アクチンは変化できません。

西遊記の静止画

（写真提供：CCTV）

『西遊記』では、孫悟空は天国で大混乱を引き起こした後、如来仏によって五行山の下に500年間閉じ込められました。彼は最終的に唐の三蔵によって救出され、二人は仏典を得るために西へ旅し、ついに悟りを開いた。では、私たちの心の中の「唐三蔵」とは誰なのでしょうか?脳内の「唐三蔵」はどのようにして五行山の封印を解き、休眠中の神経幹細胞を再活性化するのでしょうか？

研究チームは、脳内のアストロサイトが「悟空」を救出した「師匠」であることを発見した。アストロサイトは脳内のグリア細胞のサブタイプであり、不規則な星のような形をしていることからその名が付けられています。それらの一般的な機能は、神経細胞を保護し、神経細胞に栄養を供給することです。ここで研究者たちは、神経幹細胞を活性化するという新たな機能を発見しました。

研究者らは、アストロサイトがフォグ（折り畳まれた原腸形成タンパク質）と呼ばれるタンパク質を分泌し、それがシグナル伝達メディエーターとして機能し、フォルミンタンパク質経路を活性化して鎖アクチンの動きを制御するなど、一連の連鎖反応を引き起こすことを観察した。最終的に、これらのプロセスにより神経幹細胞が休眠状態から目覚め、分裂を開始して、脳の修復と発達を助ける新しい神経細胞を生成します。

アストロサイト

(画像提供: ScienCell Research Laboratories)

細胞内シグナル伝達の「呪文」

このプロセスを通じて、アストロサイトによる神経幹細胞の活性化は単に「封印」を除去するだけの問題ではなく、複雑な信号伝達プロセスが関与していることがわかります。これはちょうど、唐の和尚が五行山の封印を解いたとき、地面にひざまずいて呪文を唱えながら懇願したのと同じです。正しい呪文によってのみ封印を破ることができます。

想像してみてください、もし唐僧の仏教の知識が不十分で、封印を解く呪文を正確に唱えることができなかったら、彼は孫悟空を救出することができなかったでしょう。では、アストロサイトが脳内の休眠中の神経幹細胞を放出するために使用する呪文とは何でしょうか?

西遊記の静止画

（写真提供：CCTV）

ここでは、アストロサイトが休眠中の神経幹細胞を活性化する仕組みについて簡単に紹介します。前述のように、アストロサイトはFogタンパク質を分泌し、神経幹細胞内のGPCRと呼ばれる受容体タンパク質がアストロサイトから分泌されたFogに反応し、神経幹細胞内の鎖アクチンの形成を制御するシグナル伝達経路を活性化します。

この経路には、Gαq、Rho1、Dia などの「シグナルメッセンジャー」が含まれます。封印を解除する指示は、最終的にこれらのシグナル伝達物質を介してアクチン鎖に作用し、その形状を変化させて休眠中の神経幹細胞を放出します。

道路上の信号メッセンジャー

（画像出典：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）

これは、脳内のアストロサイトが休眠中の神経幹細胞を活性化するプロセスが複雑であることを示しています。これらは、Fog タンパク質を分泌することによって神経幹細胞上の GPCR 受容体を活性化します。その後、GPCR 受容体は神経幹細胞の細胞体内の Gαq-Rho1-Dia シグナル伝達経路を介してアクチン鎖を開き、最終的に神経幹細胞を活性化します。このプロセスは、テレビシリーズ「西遊記」の「Tang Monk Saves Wukong」のエピソードに撮影できます。

一見単純なプロセスですが、実際には多くの情報が含まれています。 1986年版『西遊記』の監督ヤン・ジエにとって、これを映画化するのは容易なことではなかったし、科学研究者らもこの過程を体内に再現するために多大な苦労を経験したと言える。

アストロサイトは休眠中の神経幹細胞を活性化する

（画像出典：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）

救出された後、孫悟空は唐僧に従って悪魔や怪物を倒す旅に出ました。 81回の苦難を乗り越えて、ついに正経を返し、「闘勝仏」と名付けられました。脳内では活性化した神経幹細胞も大きな働きをします。適時に活性化された神経幹細胞は、脳の発達中にさまざまな種類の神経細胞になることができ、神経発達障害によって引き起こされる認知、コミュニケーション、適応行動、精神運動能力の障害を大幅に軽減します。

結論

このプロセスを研究することで、私たちは神経幹細胞のロックを解除し「唐僧」になる「呪文」を習得しました。必要なときに、呪文を唱えて神経幹細胞を活性化することができます。たとえば、GPCR が呪文の重要なステップであることはわかっており、GPCR タンパク質ファミリーはさまざまな疾患の治療における主要な薬物ターゲットとなっています。 CPCRを標的とした薬剤を設計すれば、神経幹細胞の再活性化を制御することができます。

このアイデアは、既存の薬剤を使用して神経発達障害を治療するための潜在的な戦略を提供し、神経幹細胞を活性化する新しい方法も提供します。