結婚式までに治る：クラゲの細胞増殖と再生能力

ウルヴァリン、デッドプール、ジェリーフィッシュの共通点は何ですか? それらはすべて、再生という驚くべき機能を備えています。 もちろん、漫画や映画では、この能力は、ごく限られた数の現実の生物に共通であり、わずかに（時には大幅に）誇張されていますが、依然として非常に現実的です。 そして、現実のものは説明できる、それが東北大学（日本）の科学者たちが新しい研究でやろうと決めたことだ。 クラゲの体内のどのような細胞プロセスが再生に関連しているのか、このプロセスはどのように進行するのか、そしてこれらのゼリー状の生き物は他にどのようなスーパーパワーを持っているのでしょうか? 研究会の報告書がそれについて教えてくれるだろう。 行く。

研究根拠

まず最初に、科学者たちがクラゲに注目することにした理由を説明します。 実際、生物学の分野におけるほとんどの研究は、マウス、ショウジョウバエ、虫、魚など、いわゆるモデル生物の参加のもとに行われています。 しかし、私たちの地球には何百万もの種が生息しており、それぞれが何らかの固有の能力を持っています。 したがって、XNUMXつの種だけを研究することによって細胞再生のプロセスを完全に評価することは不可能であり、研究されたメカニズムが地球上のすべての生物に共通であると仮定することは不可能です。

クラゲに関しては、これらの生き物はその外観そのものからそのユニークさを物語っており、科学者の注目を集めずにはいられません。 そこで、研究自体の解剖に入る前に、その主人公に会った。

私たちがこの生き物をそのように呼ぶことに慣れている「クラゲ」という言葉は、実際には刺胞動物の亜型の生活環の段階のみを指します。 クラゲ。 刺胞動物は、体内に狩猟と自衛に使用される刺胞細胞（刺胞細胞）が存在するため、このような珍しい名前が付けられました。 簡単に言えば、クラゲに刺されたとき、痛みや苦しみを与えてくれた細胞に感謝することができます。

刺胞細胞には、「刺すような」効果を担う細胞内小器官である刺胞細胞が含まれています。 それらの外観、およびそれに応じた適用方法に応じて、いくつかの種類の刺胞細胞が区別されます。その中には次のようなものがあります。

• 浸透剤 - 被害者または犯罪者の体を槍のように突き刺し、神経毒を注入する尖った端を持つ糸。
• 粘着剤 - 被害者を包み込む粘着性のある長い糸（最も心地よい抱擁ではありません）。
• ヴォルベントは被害者が簡単に絡まる短い糸です。

このような非標準的な武器は、クラゲが優雅ではあるが、特に機敏な生き物ではないという事実によって説明されます。 神経毒が獲物の体に入ると即座に麻痺してしまい、クラゲには昼休みの時間がたっぷり与えられる。

狩りに成功した後のクラゲ。

クラゲは、その珍しい狩猟と防御方法に加えて、非常に珍しい繁殖能力を持っています。 雄は精子を産生し、雌は卵を産生し、それらが融合した後にプラヌラ（幼生）が形成され、底に定着します。 しばらくすると、幼虫からポリプが成長し、成熟すると、そこから若いクラゲが文字通り壊れます（実際、出芽が起こります）。 したがって、生活環にはいくつかの段階があり、そのうちの XNUMX つはクラゲまたは髄様体の生成です。

毛むくじゃらのシアネア、ライオンのたてがみとしても知られています。

毛むくじゃらのシアネアに狩猟の効率を上げる方法を尋ねると、触手を増やすと答えるでしょう。 それらは合計で約 60 個あります (ドームの各隅に 15 本の触手のクラスターがあります)。 さらに、ドームの直径が2メートルに達し、狩猟中に触手が最大20メートルに伸びる可能性があるため、このタイプのクラゲは最大であると考えられています。 幸いなことに、この種は特に「有毒」ではないため、人間にとって致命的ではありません。

次に、ウミバチは量に加えて質を高めるでしょう。 この種のクラゲもドームの四隅にそれぞれ 15 本の触手 (長さ 3 m) を持っていますが、その毒は大型の近縁種のクラゲよりも何倍も強力です。 ウミバチは60分間で3人を殺すのに十分な神経毒を持っていると考えられている。 この海の雷雨はオーストラリア北部とニュージーランドの沿岸地帯に生息しています。 1884年から1996年までのデータによると、オーストラリアでは63人が死亡しましたが、これらのデータは不正確である可能性があり、人間とウミバチとの死亡事故の数はさらに多い可能性があります。 しかし、1991年から2004年のデータによると、225件の事件のうち、入院したのは被害者のわずか8％で、うち死亡者はXNUMX人（XNUMX歳児）だった。

海スズメバチ

さて、今日注目する研究に戻りましょう。

細胞の観点から見ると、あらゆる生物の一生の中で最も重要なプロセスは細胞増殖、つまり分裂による細胞の再生による体組織の成長プロセスです。 体の成長中、このプロセスは体のサイズの増加を調節します。 そして、体が完全に形成されると、増殖する細胞が細胞の生理学的交換と損傷した細胞の新しい細胞との交換を制御します。

刺胞動物は、左右相称動物および初期後生動物の姉妹グループとして、進化の過程を研究するために長年使用されてきました。 したがって、刺胞動物も増殖という点では例外ではありません。 たとえば、イソギンチャクの胚発生中 ネマトステラヴェクテンシス 細胞増殖は上皮組織と調整され、触手の発達に関与します。

ネマトステラヴェクテンシス

とりわけ、刺胞動物は、すでに知られているように、その再生能力で知られています。 ヒドラポリプ（ヒドラ属の淡水固着性腔腸動物の属）は、何百年もの間、研究者の間で最も人気があると考えられてきました。 死にかけている細胞によって活性化される増殖は、ヒドラの基底頭部の再生プロセスを引き起こします。 この生き物の名前そのものが、ヘラクレスが倒すことができた再生能力で知られる神話上の生き物、ラーネアン・ヒドラを暗示しています。

再生能力は増殖に関連付けられていますが、この細胞プロセスが生物の発達のさまざまな段階で通常の条件下でどのように起こるのかは正確には不明のままです。

クラゲは、XNUMX つの生殖段階 (栄養生殖と有性生殖) からなる複雑な生活環を持ち、増殖を研究するための優れたモデルとして役立ちます。

この研究では、主に研究された個体の役割は、クラドネマ パシフィカム種のクラゲによって演じられました。 この種は日本沿岸に生息しています。 当初、このクラゲには 9 本の主要な触手があり、成体に成長する過程で分岐してサイズが (全身のように) 大きくなり始めます。 この機能により、このプロセスに関与するすべてのメカニズムを詳細に研究することができます。

に加えて パシフィッククラドネマ この研究では、他の種類のクラゲについても調査しました。 Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.

研究成果

Cladonema medusa の細胞増殖の空間パターンを理解するために、科学者らは細胞を標識する 5-エチニル-2'-デオキシウリジン (EdU) 染色を使用しました。 S相* またはすでにそれを通過した細胞。

S相* - DNA複製が起こる細胞周期の段階。

それを考える クラドネマ サイズが劇的に増加し、発達中に触手の分岐を示します（1A - 1C）、増殖細胞の分布は成熟を通じて変化する可能性があります。

画像 No. 1: 若いクラドネマの細胞増殖の特徴。

この特徴により、若いクラゲ (1 日目) と性的に成熟したクラゲ (45 日目) の両方の細胞増殖のメカニズムを研究することができました。

幼体のクラゲでは、EdU 曝露の時間に関係なく、散形花序、マヌブリウム (クラゲの口腔の支持器官)、および触手を含む体全体で多数の EdU 陽性細胞が見つかりました (1D–1K и 1N–1O、EdU: 20 時間後に 24 μM (マイクロモル))。

かなりの数の EdU 陽性細胞がマヌブリウムで見つかりました (1F и 1G）しかし、傘の中では、特に傘の外殻では、それらの分布は非常に均一でした（免責事項, 1H - 1K）。 触手では、EdU 陽性細胞が高度に密集していました (1N）。 有糸分裂マーカー（PH3抗体）を用いることで、EdU陽性細胞が増殖細胞であることを確認することができました。 PH3 陽性細胞が傘と触手の球根の両方で見つかりました (1L и 1P).

触手では、有糸分裂細胞は主に外胚葉に見られました (1P）、傘の中では増殖細胞は表層にありました（1M).

画像 No. 2: 成熟した腺腫における細胞増殖の特徴。

若い個体と成熟した個体の両方で、EdU 陽性細胞が全身に多数発見されました。 散形花序では、EdU 陽性細胞は下層よりも表層でより頻繁に見つかりました。これは幼体での観察と同様です (2A - 2D).

しかし、触手では状況が少し異なりました。 EdU 陽性細胞は触手 (球根) の基部に蓄積し、球根の両側に XNUMX つのクラスターが見つかりました (2E и 2F）。 若い個体でも同様の蓄積が観察されました（1N)、つまり触手球根は、中髄様段階全体の増殖の主な領域である可能性があります。 興味深いのは、成体個体の胎盤では、EdU 陽性細胞の数が幼体よりも有意に多かったということです (2G и 2H).

中間結果として、クラゲの傘では細胞増殖が均一に起こるが、触手ではこのプロセスが非常に局所的であることが判明した。 したがって、均一な細胞増殖が体の成長と組織の恒常性を制御できるが、触手球の近くの増殖細胞のクラスターが触手の形態形成に関与していると想定できます。

体の発達そのものに関して言えば、増殖は体の成長において重要な役割を果たします。

画像 #3: クラゲの体の成長過程における増殖の重要性。

これを実際にテストするために、科学者たちはクラゲの体の成長を、若い個体から始めて観察しました。 クラゲは体全体に比例して均等に成長するため、クラゲの体の大きさをドームで判断するのが最も簡単です。

実験室条件で通常の給餌を行うと、ドームのサイズは最初の 54.8 時間で 24 ± 0.62 mm0.02 から 2 ± 0.96 mm0.02 まで 2% 急激に増加します。 次の 5 日間の観察で、サイズはゆっくりと滑らかに 0.98 ± 0.03 mm2 まで増加しました (3А - 3S).

餌を与えられなかった別のグループのクラゲは成長せず、縮小しました（グラフの赤線） 3S）。 飢えたクラゲの細胞分析では、非常に少数のEdU細胞の存在が示されました：対照群のクラゲでは1240.6±214.3個、飢えたクラゲでは433.6±133個でした（3D - 3H）。 この観察は、栄養が増殖プロセスに直接影響を与えるという直接的な証拠である可能性があります。

この仮説を検証するために、科学者らは、G4 停止を引き起こす細胞周期阻害剤であるヒドロキシ尿素 (CH2N2O1) を使用して細胞周期の進行を阻止する薬理学的アッセイを実施しました。 この介入の結果、EdU を使用して以前に検出された S 期細胞は消失しました (3I - 3L）。 したがって、CH4N2O2に曝露されたクラゲは、対照群とは異なり、体の成長を示さなかった(3M).

研究の次の段階は、触手の細胞の局所的増殖がクラゲの形態形成に寄与しているという仮説を確認するために、クラゲの分岐触手を詳細に研究することであった。

画像 No. 4: クラゲの触手の成長と分岐に対する局所的増殖の影響。

若いクラゲの触手には枝が 3 つありますが、時間が経つにつれてその数は増えます。 実験室条件では、観察XNUMX日目に分岐がXNUMX倍に増加しました(4А и 4S).

再度、CH4N2O2 を使用した場合、触手の分岐は観察されませんでしたが、分岐は XNUMX つだけでした (4B и 4C）。 クラゲの体から CH4N2O2 を除去すると、触手の分岐過程が回復したことは興味深いことであり、これは薬物介入の可逆性を示しています。 これらの観察は、触手の発達における増殖の重要性を明確に示しています。

刺胞動物は、刺胞細胞（刺胞細胞、つまり刺胞動物）がなければ刺胞動物ではありません。 クラゲ種 Clytia hemisphaerica では、触手球根の幹細胞が細胞増殖によって触手の先端に刺胞を供給します。 当然のことながら、科学者たちはこの声明も検証することにしました。

刺胞と増殖との関係を検出するために、刺胞壁で合成されたポリ-γ-グルタメートをマークできる核染色色素 (DAPI、すなわち 4',6-ジアミジノ-2-フェニルインドール) を使用しました。

ポリ-γ-グルタミン酸染色により、2 ～ 110 μm2 の範囲の線母細胞のサイズを推定することができました (4D - 4G）。 多数の空の刺胞も確認されました。つまり、そのような刺胞は枯渇していました。4D - 4G).

クラゲの触手における増殖活性は、CH4N2O2 で細胞周期をブロックした後の刺細胞の空隙を研究することによってテストされました。 薬物介入後のクラゲの空の刺細胞の割合は対照群よりも高かった：対照群のクラゲでは11.4% ± 2.0%、CH19.7N2.0O4を含むクラゲでは2% ± 2%（4D - 4G и 4H）。 その結果、枯渇した後でも、線母細胞には増殖前駆細胞が活発に供給され続け、このことは、このプロセスが触手の発達だけでなく、触手の線虫形成にも影響を与えることを裏付けています。

最も興味深い段階は、クラゲの再生能力の研究でした。 成熟したクラゲの触球に増殖細胞が高濃度に存在することを考える クラドネマ、科学者たちは触手の再生を研究することにしました。

画像 No. 5: 触手の再生に対する増殖の影響。

触手の基部を解剖した後、再生プロセスが観察されました（5A–5D）。 最初の 24 時間以内に、切開領域は治癒しました (5B）。 観察２日目には先端が伸び始め、枝が出てきました（5S）。 XNUMX日目には触手が完全に分岐しました(5D) したがって、触手の再生は、伸長後の通常の触手の形態形成に続く可能性があります。

再生の初期段階をより詳しく研究するために、科学者らは、PH3 染色を使用して有糸分裂細胞を視覚化して増殖細胞の分布を分析しました。

分裂細胞は切断領域の近くでしばしば観察されましたが、有糸分裂細胞は切断されていない対照の触手球根に分散していました(5E и 5F).

触手球に存在する PH3 陽性細胞の定量化により、切断患者の触球では、コントロールと比較して PH3 陽性細胞が大幅に増加していることが明らかになりました (5G）。 結論として、初期の再生プロセスには、触手球における細胞増殖の活発な増加が伴います。

再生に対する増殖の影響は、触手を切断した後、CH4N2O2 で細胞をブロックすることによってテストされました。 対照群では、予想通り、切断後の触手の伸長は正常に発生しました。 しかし、CH4N2O2 を適用したグループでは、正常な創傷治癒にもかかわらず、伸長は発生しませんでした (5H）。 つまり、いずれの場合でも治癒は起こりますが、適切な触手の再生には増殖が必要です。

最後に、科学者たちは他の種のクラゲの増殖を研究することにしました。 キュタイス и ラスキア.

画像 #6: Cytaeis (左) と Rathkea (右) クラゲの増殖の比較。

У キュタイス メデューサの EdU 陽性細胞は、マニューリウム、触手球、傘の上部で観察されました (6А и 6V）。 同定されたPH3陽性細胞の位置 キュタイス に非常に似ています クラドネマただし、いくつかの違いがあります (6C и 6D）。 しかし、 ラスキア EdU 陽性細胞と PH3 陽性細胞は、ほぼ排他的にマヌブリウムと触手球の領域で見つかりました (6E - 6H).

クラゲの腎臓で増殖細胞がしばしば検出されたことも興味深い。 ラスキア (6E - 6G）、これはこの種の無性生殖タイプを反映しています。

得られた情報を考慮すると、生理学や形態の違いによる違いはあるものの、一種類のクラゲに限らず、触手球において細胞増殖が起こっていると考えられます。

研究のニュアンスをより詳しく知りたい場合は、以下を参照することをお勧めします。 科学者の報告.

フィナーレ

私の好きな文学人物の一人はエルキュール・ポアロです。 その抜け目ない刑事は、他の人にとっては重要ではないと思われる小さな細部に常に特別な注意を払っていました。 科学者は探偵によく似ており、調査のすべての質問に答えて「犯人」を突き止めるために、見つけられるすべての証拠を収集します。

どんなに明白に聞こえるかもしれませんが、クラゲの細胞の再生は、細胞、組織、そしてその結果として生物全体の発達において不可欠なプロセスである増殖に直接関係しています。 この包括的なプロセスをより徹底的に研究することで、その根底にある分子メカニズムをより深く理解できるようになり、その結果、知識の範囲が広がるだけでなく、私たちの生活に直接影響を与えることになります。

金曜日のオフトップ:

「目玉焼きクラゲ」という珍しい名前の捕食者に邪魔された、アウレリア属のクラゲの行進。 目玉焼きクラゲ（プラネットアース、デヴィッド・アッテンボローの吹き替え）。

クラゲではありませんが、この深海生物（ペリカンに似たオオクチネズミ）はあまり写真に撮られることはありません（研究者の反応は単に触っているだけです）。

ご視聴いただきありがとうございます。好奇心を持ち続けて、皆さん素晴らしい週末をお過ごしください。 🙂

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出所： habr.com