今回の研究では、アフリカ東部に生息するハダカデバネズミが持つ老化細胞の除去機構が明らかにされました。研究は熊本大学大学院生命科学研究部の三浦恭子教授らのグループによって行われ、ヒトの老化細胞除去・抗老化技術の開発に繋がる可能性が期待されています。
老化細胞とは？
一般的に、マウスやヒトの細胞はDNAが傷つくと、増殖をやめて老化細胞となります。この老化細胞は「死ねない細胞」と呼ばれ、免疫系によって除去されないと加齢と共に蓄積します。蓄積した老化細胞は炎症性タンパク質を生成し、体に害を及ぼす可能性があります。
ハダカデバネズミの特徴
ハダカデバネズミはアフリカのサバンナの地下に巣を作る齧歯類で、寿命が37年以上に達することもあります。彼らは老化が非常に遅く、がんにもなりにくいことで知られています。
実験の概要
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細胞の比較:
- ハダカデバネズミとマウスの皮膚から線維芽細胞を取り出し、DNA損傷を引き起こす薬品（DXR）を添加しました。
- 薬品を加えると両者とも細胞の増殖が止まり、老化細胞が生成されました。
- マウスでは老化細胞がそのまま残りましたが、ハダカデバネズミでは時間の経過と共にアポトーシス（細胞死）を起こす細胞が増えました。
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代謝生成物の分析:
- 老化細胞になる前のハダカデバネズミの線維芽細胞ではセロトニンの蓄積が見られました。
- 老化細胞になった後、セロトニン代謝に関わるモノアミン酸化酵素（MAO）の増加と、セロトニンが代謝されて生成される5-ヒドロキシインドール酢酸が増加していました。この代謝で過酸化水素も生じました。
- ハダカデバネズミの細胞は過酸化水素に弱く、これが老化細胞の死を引き起こすと考えられました。MAO阻害剤を添加すると細胞死が抑制されました。
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個体レベルの検証:
- DNA損傷剤ブレオマイシンをマウスとハダカデバネズミの肺に投与しました。
- マウスでは老化細胞が蓄積しましたが、ハダカデバネズミでは細胞死が観察されました。MAO阻害剤を投与すると細胞死が抑制され、細胞レベルでの観察と同様の結果が得られました。
結論
ハダカデバネズミは、老化細胞がセロトニン代謝により生じる過酸化水素によってアポトーシスを引き起こし、老化細胞が蓄積しにくい仕組みを持っていることが分かりました。この研究は、老化細胞を効率的に除去する新たな抗老化技術の開発に向けた重要な知見を提供するものです。
今後の展望
さらなる研究によって、ハダカデバネズミが老化細胞をどのようにして効率的に除去しているのかを解明することで、ヒトにおける老化細胞除去薬の安全性向上に繋がることが期待されています。研究は慶応大学などと共同で行われ、科学技術振興機構の支援を受けて進められました。研究成果は欧州分子生物学機構（EMBO）の科学誌に掲載されました。
In a recent study, a group led by Professor Kyoko Miura from the Graduate School of Life Sciences at Kumamoto University discovered that the accumulation of senescent cells, which increases with aging, is reduced in the bodies of naked mole rats found in East Africa due to these cells undergoing apoptosis (cell death). Naked mole rats are known to live up to ten times longer than house mice, which have a lifespan of about three years. Understanding the mechanisms behind the longevity of naked mole rat cells and individuals could lead to the development of safer methods for removing senescent cells and anti-aging technologies in humans.
What are Senescent Cells?
In general, when the DNA of cells in mice and humans gets damaged, these cells stop dividing and become senescent cells. Known as "zombie cells," senescent cells accumulate with age if not removed by immune cells. While they help maintain homeostasis in the body, their accumulation can lead to harmful effects, such as the production of inflammatory proteins.
Characteristics of Naked Mole Rats
Naked mole rats are rodents that inhabit burrows dug underground in the savannahs of Africa. Some individuals have been known to live for more than 37 years in captivity. They age very slowly and are less prone to cancer.
Overview of the Experiment
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Cell Comparison:
- Fibroblasts were extracted from the skin of both naked mole rats and mice, and a DNA-damaging agent (DXR) was added.
- Both species' cells stopped proliferating and became senescent when the agent was added.
- In mice, many senescent cells remained, but in naked mole rats, the number of cells undergoing apoptosis increased over time.
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Analysis of Metabolic Products:
- In naked mole rats, serotonin accumulated in fibroblasts before they became senescent.
- After becoming senescent, the amount of monoamine oxidase (MAO) involved in serotonin metabolism increased, as did the production of 5-hydroxyindoleacetic acid, a byproduct of serotonin metabolism. This process also produced hydrogen peroxide.
- Naked mole rat cells are sensitive to hydrogen peroxide, which induces apoptosis in senescent cells. When MAO inhibitors were added, apoptosis was suppressed.
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Verification at the Individual Level:
- The DNA-damaging agent bleomycin was administered to the lungs of both mice and naked mole rats.
- In mice, senescent cells accumulated, but in naked mole rats, cell death was observed. When MAO inhibitors were administered, cell death was reduced, consistent with the cell-level observations.
Conclusion
It was discovered that in naked mole rats, senescent cells are less likely to accumulate because serotonin metabolism produces hydrogen peroxide, which induces apoptosis. This research provides crucial insights for developing new anti-aging technologies that efficiently remove senescent cells.
Future Prospects
Further research into how naked mole rats efficiently remove senescent cells can improve the safety of senolytic drugs (drugs that selectively remove senescent cells) in humans. The study was conducted in collaboration with Keio University and supported by the Japan Science and Technology Agency (JST). The findings were published in the European Molecular Biology Organization (EMBO) journal.