赤血球以上にヘモグロビンに依存している軟骨の驚くべき研究結果軟骨細胞の酸素不足時の呼吸を助けるタンパク質

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赤血球以上にヘモグロビンに依存している軟骨の驚くべき研究結果
軟骨細胞の酸素不足時の呼吸を助けるタンパク質

https://www.science.org/content/article/more-red-blood-cells-depend-hemoglobin-surprising-study-cartilage-reveals?utm_medium=ownedSocial&utm_source=Twitter&utm_campaign=NewsfromScience

10月13日 2023年11月25日午前11時25分 etbymitch leslie
成長過程にある長骨の骨端成長板の光学顕微鏡写真。
骨の成長部分は酸素が少ないが、そこの細胞はヘモグロビンを産生することでそれを補っている可能性がある。JOSE CALVO/SCIENCE SOURCE
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血液が赤いのは、酸素を供給するヘモグロビンというタンパク質で満たされているからだが、科学者たちは長い間、血液以外の細胞もこのタンパク質に依存しているのではないかと考えてきた。今回、中国の研究チームが、軟骨を作る細胞である軟骨細胞がヘモグロビンを製造し利用していることを明らかにした。

この結果は骨の研究者を驚かせたが、研究者たちはこの研究を高く評価している。著者らは、「軟骨細胞がヘモグロビンを産生し、それが生理的な役割を担っているという確かで説得力のある証拠を提供しました」と、ペンシルバニア大学ペレルマン医学大学院の骨発生生物学者アーネスティナ・シパニは言う。

「珍しい発見を取り上げ、それを包括的な話にまで発展させたことに敬意を表します」と、テキサス大学ヒューストン健康科学センターの骨生物学者、小野典明氏は付け加えた。

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赤血球は約95％がヘモグロビンであり、その主な仕事は体の組織を維持する酸素を運搬することなので、理にかなっている。研究者たちは、神経細胞、肺細胞、マクロファージと呼ばれる免疫細胞など、様々な種類の細胞からヘモグロビンを検出したが、これまでのところ、ヘモグロビンがこれらの細胞にとって重要な役割を果たしているという決定的な証拠は見つかっていない。

科学者たちはこれまで、軟骨細胞でヘモグロビンを発見したという報告はしていなかった。しかし2017年、第4軍医大学の病理学者フェン・ジャンは、若いマウスの骨の発育を研究していたところ、動物の成長板の軟骨細胞（いくつかの骨の末端付近にある軟骨層で、その軟骨が伸びるのを可能にする）に、いくつかの変わった塊があることに気づいた。それは赤血球に似ているだけでなく、ヘモグロビンを豊富に含んでいた。Zhangは、中国医学科学院の細胞生物学者Qiang Sunや他の研究者と協力して、これらの謎の物体が何であり、動物の軟骨の中で何をしているのかをよりよく理解しようとした。

成長板では酸素が不足しており、血液が供給されていない。しかし軟骨細胞は急速に分裂するため、酸素濃度が低い中でも機能するメカニズムを持っているはずである。研究者たちは、ヘモグロビンが軟骨細胞の生存に役立っているのではないかと考えた。その仮説を検証するために、研究者たちは、機能的ヘモグロビン分子を通常より少なく産生する遺伝子改変マウスに注目した。このマウスの軟骨を分析したところ、成長板で大量の軟骨細胞が死滅していることがわかった。

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次に、軟骨細胞中のヘモグロビンのみを減少させたネズミで実験を繰り返した。その結果、再び成長板でヘモグロビンが大量に死滅したことが、今月初めに『Nature』誌上で明らかになった。

ヘモグロビンが軟骨細胞をどのように保護するかを調べるため、研究チームは、低酸素環境でヘモグロビン未添加の成長板細胞と遺伝子組換え成長板細胞を培養した。ヘモグロビンが欠乏した細胞とは異なり、正常な軟骨細胞はこのような条件下でも容易に酸素を放出し、死滅する可能性は低かった。

科学者たちは、成長板で確認されたヘモグロビンを含む塊は、軟骨細胞にとって酸素の貯蔵庫として機能し、周囲から希少な分子を吸収し、細胞の必要を満たすために放出するのだと考えている。もしそうなら、軟骨細胞が低酸素レベルに耐えるための第二の適応となる。研究者たちは以前、酸素を必要としない糖を分解する代替代謝経路を活性化する別のメカニズムを発見していた。「この論文の優れた点は、軟骨細胞が低酸素レベルから身を守るために使う新たなメカニズムを示したことです」とシパニ氏は言う。

若さと同様、成長板もはかないものである。ヒトの場合、成長板は生まれる前に形成され、思春期頃に消滅する。しかし軟骨細胞は、軟骨の維持に役立っている関節を含め、体内の他の場所には生涯存在し続ける。これらの細胞もまた、血液供給から遠く離れており、酸素不足に耐えなければならない。研究チームは、肋骨や足などマウスの体の他の部位の軟骨細胞や、ヒトの膝軟骨にもヘモグロビンを保有する構造を発見している。

ヘモグロビンによって、成長板のように酸素不足に耐えられるかどうかはまだ不明である。また、軟骨細胞におけるヘモグロビンの不足が、ある種の小人症など、骨の成長が損なわれる病態に関与している可能性もあると小野教授は言う。"この論文は、他の多くの研究の可能性を開くものです"。

doi: 10.1126/science.adl3610
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ミッチ・レスリー
ミッチ・レスリーは細胞生物学と免疫学について執筆している。

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