乾燥したネムリユスリカの生命活動再開の鍵となるトレハロース輸送体
要約
ネムリユスリカの培養細胞が乾燥状態から生命活動を再開するための再水和の過程では、トレハロース輸送体によるトレハロースの細胞外への放出が重要である。本成果は、動物細胞を常温で長期間保存した後に生命活動を再開させる技術の開発につながることが期待できる。
- キーワード : トレハロース、乾燥耐性、培養細胞、トランスポーター
- 担当 : 生物機能利用研究部門・生物素材開発研究領域・機能利用開発グループ
- 代表連絡先 :
- 分類 : 研究成果情報
背景・ねらい
動物培養細胞は、医薬品の開発などに広く使われている。動物細胞を長期間保存するには、液体窒素を使って-200°C近い超低温で細胞を凍結し、超低温を維持する方法が広く用いられている。しかし、凍結状態を維持するためには液体窒素の供給や超低温フリーザーへの電源供給を継続する必要があり、温度管理に多くのコストがかかる。一方、生物のなかには、常温、乾燥状態で10年以上も生命活動(代謝や細胞増殖)を完全に停止していても、水を得ることで生命活動を再開できるものが存在する。このような生物は乾眠生物と呼ばれ、乾眠生物の多くは、乾燥保護物質であるトレハロースを体内に大量に蓄積する事によって乾燥のダメージから細胞を守っている。しかし、乾眠性を持たない動物細胞にトレハロースを蓄積させ、乾燥させただけでは、再水和後に代謝と増殖は再開せず、細胞が破裂してしまう。そこで、乾眠昆虫であるネムリユスリカ由来で乾燥からの生命活動再開能力を持つ培養細胞Pv11細胞を用い、細胞での再水和による生命活動再開に必要な技術開発を行う。
成果の内容・特徴
- Pv11細胞が乾燥状態から水を得て生命活動を再開する過程で、糖輸送体(図1)の遺伝子の一つであるStrt1遺伝子の発現が上昇する。
- 糖輸送体遺伝子であるStrt1遺伝子が壊れたPv11細胞では、通常のPv11細胞に比べて再水和後の生存率が大きく低下する。
- Strt1遺伝子は、細胞内外のナトリウムイオンの濃度差に応じてトレハロースを細胞へ取り込んだり、逆に排出したりするトレハロース輸送体の機能をもつ。
- Strt1遺伝子が壊れたPv11細胞(STRT1変異株)はトレハロースの排出能力が低下する。乾燥から細胞を保護するために必要だったトレハロースは、再水和の時には細胞内の浸透圧を急激に上げて細胞にダメージを与えるため、水分を得て生命活動を再開する際にはいち早く細胞外へ排出する必要がある。STRT1変異株ではトレハロース排出機能が損なわれるため、細胞内への水分の流入を止められず、細胞の破裂(細胞死)が引き起こされると考えられる(図2)。
成果の活用面・留意点
- Pv11細胞の乾燥耐性におけるSTRT1の機能は、乾燥のような死に至るストレスから細胞を守るために役立つトレハロースのような物質であっても、不要になったら速やかに排出することが重要である事を示唆している。
- STRT1などの乾眠に関わる遺伝子を活用し、生命活動を一時的に停止した状態で動物細胞を長期間常温保存できる技術の開発につながることが期待される。
具体的データ
その他
- 予算区分 : 文部科学省(科研費、次世代研究者挑戦的研究プログラム)
- 研究期間 : 2018～2023年度
- 研究担当者 : 黄川田隆洋、吉田祐貴、菊田真吾(茨城大)、水谷晃輔、布施寛人、中西瑛太(東大院)、宮田佑吾(東京医科歯科大)、Oleg Gusev、徳本翔子(順天堂大)
- 発表論文等 : Mizutani, et al. (2024) Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121:e2317254121
doi:10.1073/pnas.2317254121