宇宙でも永遠の氷でも、クマムシは極限環境でも生き残ることができます。これの鍵となるのは、ほぼ完全に乾燥する能力です。しかし、彼らの細胞はどのようにして乾燥に耐えられるのでしょうか?研究者らはクマムシが非常によく生き残ることを可能にする特別なタンパク質を発見した。脱水中、これらのタンパク質は保護ゲルを形成し、水がなければ硬くなり、細胞をサポートします。このようにして、細胞は致命的な機械的ストレスから逃れます。ヒトの細胞を使った実験でも、クマムシのタンパク質は機能の少なくとも一部を保持していた。
水は地球上のすべての生命の基礎です。しかし、一部の生物は一時的にそれを完全に使わなくても大丈夫です。この能力の真の芸術家はクマムシです。大きさがわずか約0.5ミリメートルのこの小さな動物は、水のない環境ではほぼ完全に乾燥する可能性があります。それらは自ら縮んでいき、この状態では小さな樽のようになります。彼らの新陳代謝は停止し、もはや呼吸する必要さえなくなり、真空中でも生存することができます。種によっては、この樽の状態で何十年も生き残ることができます。水が再び利用可能になると、数時間以内に生き返ります。
機械的ストレスに対するトリック
しかし、クマムシは脱水に伴う大きな機械的ストレスからどのようにして細胞を守るのでしょうか?日本の東京大学の田中章宏氏率いる研究チームは、クマムシに並外れた生存能力を与える新たなメカニズムを発見した。 「重要なのは、乾燥プロセス中に細胞がこのストレスにどのように対処するかです」と、タナカ氏の同僚である国枝武一氏は説明する。 「水が細胞から出たときに細胞が崩壊しないように、ある種のタンパク質が細胞の物理的安定性の維持を助けているに違いない、という仮説が立てられました。」
そこで、タナカ氏のチームは、対応する能力についてさまざまなクマムシタンパク質をテストし、実際に彼らが探していたものを発見した。「さまざまな種をテストした結果、いわゆるCAHSタンパク質はクマムシにのみ存在し、細胞を乾燥から守る役割を担っていることがわかった」 」と国枝氏は言う。 CAHS という略語は「細胞質豊富な熱可溶性タンパク質」の略で、クマムシの細胞血漿に豊富に含まれる熱可溶性タンパク質です。
保護ジェルネットワーク
いくつかの実験で、研究者らはCAHSタンパク質がどのように機能するかを調べた。結果: 脱水中に、細胞の内部構造を保護するゲルを形成します。水が消えると、ゲルは細胞の形状を支える架橋フィラメントに硬化します。このようにして、機械的ストレスが最小限に抑えられます。このプロセスは完全に元に戻すことができます。細胞が再び水と接触するとすぐに、フィラメントはゆっくりと再び溶解し、細胞血漿中に再分配されます。セルを傷めない程度の速度に調整してあります。
さらなる実験のために、研究者らはCAHSタンパク質がクマムシ以外の細胞でもどの程度その機能を果たすことができるかをテストした。これを行うために、彼らはタンパク質をヒト細胞培養物に挿入した。顕微鏡で見えるようにするために、CAHS タンパク質を緑色蛍光タンパク質に結合させました。そして実際、人間の細胞でも、水が不足するとフィラメントに結合するために、CAHS タンパク質は最初は細胞血漿中に分布しました。水が再び吸収されると、フィラメントは再び再形成されました。
研究者の観点から見ると、この結果は、乾燥状態での細胞材料および生体分子の保存について新たな展望を開くものである。 CAHSタンパク質を使用して、研究用の材料だけでなく、有効期限の短い医薬品をより長く持続する乾燥状態に変換し、必要に応じて使用前に再度水を加えることも考えられます。
出典: 田中章裕 (東京大学、日本) ら、PLOS Biology、 doi: 10.1371/journal.pbio.3001780
