デバの細胞老化制御メカニズム

細胞老化とは、様々なストレスによって引き起こされる不可逆的な細胞分裂の停止状態で、異常細胞の増殖を抑制する役割を果たします。一方で、老化細胞は、細胞内でDNAの断片化が生じたり、自然免疫応答が亢進したりすることにより、炎症性サイトカインなど多様な因子を分泌するようになります。加齢に伴ってこのような老化細胞が組織内に蓄積すると、これらの細胞は周囲の組織に炎症反応を引き起こして、がんをはじめとする様々な加齢性疾患を促進することが知られています。近年では、老化細胞の除去によって老化形質を改善するべく、世界中で競ってsenolytic drug（老化細胞除去薬）の開発が進められています。

それでは、老化耐性を示すデバにおいて細胞老化は生じているのでしょうか。デバの細胞老化に関してこれまでに、デバ線維芽細胞は長期間培養しても細胞分裂停止が起こらない一方で、発生過程での細胞老化や、線維芽細胞へのがん遺伝子の導入や放射線照射による細胞老化はマウスと同様に起こることが報告されています^{11, 12}。しかし、加齢したデバの脳においては、老化細胞の指標とされるINK4a遺伝子の発現が低いことから¹³、老化細胞の蓄積を抑制する何らかの仕組みが存在する可能性が考えられました。

そこで私たちは、デバにおける老化細胞の動態を調べるために、マウスおよびデバの線維芽細胞に細胞老化を誘導して経時的に解析しました¹⁴。その結果、両種で老化細胞が出現するものの、次第にデバのみでアポトーシスを含む細胞死が増加することを見出しました。アポトーシスとはプログラムされた細胞死の一種ですが、先述のネクロプトーシスとは異なり、細胞膜の破裂を伴わないため、細胞内容物が漏れ出さず、炎症を起こしにくい細胞死です。一般的に老化細胞は細胞死抵抗性になることが知られており、このような細胞死はマウスやヒトではみられませんでした。さらに、この細胞死誘導は一般にアポトーシス誘導に重要なp53経路には依存せず、細胞老化に重要なINK4a-RB経路が活性化することで起こっていることがわかりました。

次に、なぜデバではINK4a-RB経路が活性化すると細胞死が引き起こされるのかを調べたところ、セロトニンとその代謝物である5-ヒドロキシインドール酢酸（5-HIAA）がデバ特異的な変動をしていることに気付きました。興味深いことに、老化していないデバ線維芽細胞では、マウスでは見られないセロトニンの蓄積が生じていた一方、細胞老化を誘導すると、セロトニン量が減少し、5-HIAAが増加していたのです。セロトニンはモノアミン酸化酵素（MAO）によって5-HIAAに代謝される際に、過酸化水素を産生することが知られています。実際、細胞老化を誘導したデバ細胞では、MAOのタンパク質量と過酸化水素を含む活性酸素種の産生量が増加していました。

これまでの研究で、デバ線維芽細胞はマウス線維芽細胞に比べて過酸化水素に顕著な脆弱性を示すことが報告されています¹⁵。そこで私たちは、セロトニン代謝経路の活性化で生じる過酸化水素によって、デバ線維芽細胞に細胞死が引き起こされているのではないかと考えました。この仮説を検証するため、細胞老化を誘導後、活性酸素種を抑制する抗酸化剤、もしくはMAO阻害剤を添加したところ、デバの細胞死は顕著に抑制されました。これらの結果から、デバでは細胞老化時にINK4a-RB経路が活性化すると、MAOの発現が上昇して過酸化水素の産生を伴うセロトニン代謝経路が活性化し、生来的な細胞の過酸化水素への脆弱性と協調して、細胞死を引き起こしていることが明らかになりました(図3) 。また、生体へのDNA傷害剤投与による細胞老化誘導とMAO阻害剤投与実験を行った結果、デバの生体内でもセロトニン代謝によるMAO依存的な細胞死が、老化細胞の蓄積抑制に寄与していると考えられました。

このようなデバ特有の細胞死は、「Natural senolysis（生来的な老化細胞除去機構)」として機能し、老化細胞の蓄積を防ぐことで、組織の慢性炎症や老化の抑制、さらには発がん抑制の一因になっている可能性があります。先述したように近年、老化細胞を除去するsenolytic drugの開発が進められていますが、老化細胞には生体の恒常性維持に寄与する側面もあり、老化細胞除去の安全性についてはさらなる検証が必要です。デバは進化の過程で、種特有の生来的な老化細胞を除去する性質を獲得したと考えられ、安全性の高いシステムを持っていると推測されます。今後デバにおける老化細胞除去機構の研究を発展させることで、どのような老化細胞を・いつ・どのように除去するべきかなど、より安全なsenolytic drugの開発へ貢献できるかもしれません。

おわりに

　デバの老化・がん化耐性が2008年に報告され⁵、2011年にはデバのゲノムが解読されました¹⁶。それから現在までに、細胞生物学的解析にはじまり、網羅的mRNA発現解析（トランスクリプトーム解析）の種間比較から耐性機構に関わる経路を見つけようとする研究^17,18、エピゲノム（遺伝子の働きを調節する塩基配列以外の修飾）の安定性¹⁹や加齢に伴うエピジェネティックな変化を解析した研究^20,21、ゲノム中を動き回るDNA配列であるトランスポゾンのデバにおける低活性化に着目した研究^22,23、炎症応答に関与する免疫細胞の特徴を明らかにしようとする研究²⁴など多様な側面からデバの発がん耐性・老化耐性機構を解明すべく研究が行われています。その結果、タンパク質翻訳機構の正確性²⁵やタンパク質の安定性²⁶、DNA修復能の高さ²⁷、慢性炎症の抑制^10,28や免疫系の特殊性^29,30、代謝制御など様々な候補メカニズムが提唱されています。しかし、デバの耐性機構を他種で再現した研究^10,28,31やデバ生体で証明した研究¹⁴はまだまだ少ないのが現状です。デバは真社会性であり繁殖個体が限られるため、発生工学技術の開発は困難が予想されますが、将来的にデバ個体の遺伝子改変が実現することで、今後、さらに核心に迫った研究が進展すると期待されます。

1.        Rüppell, E. Heterocephalus nov. gen. Uber Säugethiere aus der Ordnung der Nager (1834). Museum Senckenbergianum Abhandlungen 3, 91–116 (1842).

2.        Jarvis, J. U. M. Eusociality in a mammal: Cooperative breeding in naked mole-rat colonies. Science 212, 571–573 (1981).

3.        Faulkes, C. G. & Abbott, D. H. Evidence that primer pheromones do not cause social suppression of reproduction in male and female naked mole-rats (Heterocephalus glaber). J Reprod Fertil 99, 225–230 (1993).

4.        Clarke, F. M. & Faulkes, C. G. Intracolony aggression in the eusocial naked mole-rat, Heterocephalus glaber. Anim Behav 61, 311–324 (2001).

5.        Buffenstein, R. Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: insights from a successfully aging species. J Comp Physiol B 178, 439–45 (2008).

6.        Liang, S., Mele, J., Wu, Y., Buffenstein, R. & Hornsby, P. J. Resistance to experimental tumorigenesis in cells of a long-lived mammal, the naked mole-rat (Heterocephalus glaber). Aging Cell 9, 626–635 (2010).

7.        Tian, X. et al. High-molecular-mass hyaluronan mediates the cancer resistance of the naked mole rat. Nature 499, 346–9 (2013).

8.        Hadi, F. et al. Transformation of naked mole-rat cells. Nature 583, E1–E7 (2020).

9.        Zhao, J. et al. Reply to: Transformation of naked mole-rat cells. Nature 583, E8–E13 (2020).

10.      Oka, K. et al. Resistance to chemical carcinogenesis induction via a dampened inflammatory response in naked mole-rats. Commun Biol 5, 287 (2022).

11.      Seluanov, A. et al. Distinct tumor suppressor mechanisms evolve in rodent species that differ in size and lifespan. Aging Cell 7, 813–823 (2008).

12.      Zhao, Y. et al. Naked mole rats can undergo developmental, oncogene-induced and DNA damage-induced cellular senescence. Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 1801–1806 (2018).

13.      Lee, B. P., Smith, M., Buffenstein, R. & Harries, L. W. Negligible senescence in naked mole rats may be a consequence of well-maintained splicing regulation. Geroscience 42, 633–651 (2020).

14.      Kawamura, Y. et al. Cellular senescence induction leads to progressive cell death via the INK4a-RB pathway in naked mole-rats. EMBO J 42, 1–19 (2023).

15.      Salmon, A. B., Akha, A. A. S., Buffenstein, R. & Miller, R. A. Fibroblasts from naked mole-rats are resistant to multiple forms of cell injury, but sensitive to peroxide, ultraviolet light, and endoplasmic reticulum stress. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 63, 232–241 (2008).

16.      Kim, E. B. et al. Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat. Nature 479, 223–7 (2011).

17.      Zhou, X. et al. Beaver and Naked Mole Rat Genomes Reveal Common Paths to Longevity. Cell Rep 32, 107949 (2020).

18.      Tyshkovskiy, A. et al. Distinct longevity mechanisms across and within species and their association with aging. Cell 186, 2929-2949.e20 (2023).

19.      Tan, L. et al. Naked mole rat cells have a stable epigenome that resists iPSC reprogramming. Stem Cell Reports 9, 1721–1734 (2017).

20.      Horvath, S. et al. DNA methylation clocks tick in naked mole rats but queens age more slowly than nonbreeders. Nat Aging 2, 46–59 (2022).

21.      Kerepesi, C. et al. Epigenetic aging of the demographically non-aging naked mole-rat. Nat Commun 13, 1–10 (2022).

22.      Yamaguchi, S. et al. Characterization of an active LINE-1 in the naked mole-rat genome. Sci Rep 11, 1–8 (2021).

23.      Kogan, V. et al. The reconstruction of evolutionary dynamics of processed pseudogenes indicates deep silencing of “retrobiome” in naked mole rat. Proceedings of the National Academy of Sciences 121, 2017 (2024).

24.      Hilton, H. G. et al. Single-Cell Transcriptomics of the Naked Molerat Reveals Unexpected Features of Mammalian Immunity. PLoS Biology vol. 17 (2019).

25.      Azpurua, J. et al. Naked mole-rat has increased translational fidelity compared with the mouse, as well as a unique 28S ribosomal RNA cleavage. Proceedings of the National Academy of Sciences 110, 17350–17355 (2013).

26.      Perez, V. I. et al. Protein stability and resistance to oxidative stress are determinants of longevity in the longest-living rodent, the naked mole-rat. Proceedings of the National Academy of Sciences 106, 3059–3064 (2009).

27.      Tian, X. et al. SIRT6 is responsible for more efficient DNA double-strand break repair in long-lived species. Cell 177, 622-638.e22 (2019).

28.      Zhang, Z. et al. Increased hyaluronan by naked mole-rat Has2 improves healthspan in mice. Nature 621, 196–205 (2023).

29.      Lin, T. D. et al. Evolution of T cells in the cancer-resistant naked mole-rat. Nat Commun 15, (2024).

30.      Sanchez Sanchez, G. et al. Invariant γδTCR natural killer-like effector T cells in the naked mole-rat. Nat Commun 15, 4248 (2024). 31.         Miyawaki, S. et al. Tumour resistance in induced pluripotent stem cells derived from naked mole-rats. Nat Commun7, 11471 (2016).

熊本大学　大学院生命科学研究部　老化・健康長寿学講座　河村佳見

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