心臓は臓器の驚くべき働き者です。 刻々と過ぎて、人間の心臓は酸素と栄養素で体の残りの部分に燃料を供給する1ガロンの血液の上で動揺します。 平均的な人の生涯で、心臓は30億回以上鼓動し、オリンピック規模のプール約1, 200個を満たすのに十分な血液を送り出します。
しかし、長年働き続けた後、筋肉は薄く摩耗する傾向があります。 伸びすぎたゴムのように、心臓は最終的に回復力を失い、心不全のリスクを着実に増加させます。
今日、カリフォルニア大学サンディエゴ校の科学者は、高レベルの心臓リモデリングタンパク質を維持するように設計されたミバエがはるかに長い寿命を享受していると報告しています。 彼らの発見は、筋肉組織の構造変化を最終的に寿命に影響する代謝結果に結び付ける最初のものです。
心臓細胞には肝臓などの他の臓器の再生能力はありませんが、心臓には包括的な修復キットが用意されています。 人間の心臓は、予想される保証を超えて何十年も充電でき、細胞が形を失い始めた場合でも、古い構造を改修および改造するための一連のバックアップ方法を展開します。 心臓の構造的完全性が損なわれた場合、一連のタンパク質がすばやく浸透して、基盤の亀裂を修復します。
心の中で使える最も強力なツールの1つはビンキュリンです。これは、細胞の接着剤に似たタンパク質です。 心臓の壁の細胞が老化するにつれて、それらは互いにほつれ始めて死に、心臓が各リズミカルな圧搾を実行することをより困難にします。 ビンキュリンは、細胞を互いに固定し、心臓が外部環境と通信できるようにする周囲のマトリックスに固定します。 このタンパク質は、数十年の筋肉へのストレスの後にますます必要になり、年齢とともに心臓の生産が増加し、細胞が老化した組織の裂け目にパッチを当てることができます。 ビンキュリン遺伝子のコピーが壊れているげっ歯類とヒトの患者はどちらも、後年に心不全のリスクが特に高くなります。
しかし、最終的には、改造はこれまでのところに限られています。一部では、破損の状態がビンキュリンの再生力さえも圧倒し、心臓が機能しなくなる場合があります。 また、世界の平均寿命が延びるにつれて、高齢者の心臓合併症の懸念も高まります。 2030年までに、アメリカ人の4分の1が65歳以上になります。高齢者の心臓病の発症を未然に防ぐには、人口のペースに合わせてテクノロジーの開発を加速する必要があります。
心臓機能と寿命の共通点を研究するために、バイオエンジニアのAyla SessionsとAdam Englerは、心臓の治癒能力を限界まで押し上げることで、進化がすでに提供しているツールを活用することを決定しました。
3年前、上級著者のAdam Englerのグループは、老齢期の動物の心臓のポンピングを維持する上でのビンキュリンの重要性を示しました。 マウスと非ヒト霊長類の老化した心臓はより多くのビンキュリンを生産することを示した後、彼らはビンキュリンを増やしたり、それを完全に除去した結果について疑問に思いました。
げっ歯類やサルを遺伝的に操作することによる費用と時間のかかる落とし穴を回避するために、研究者たちはミバエの実験をモデル化しました。 わずか1か月の寿命で、これらの昆虫は数週間のうちに幼虫から老人になります。 そして、昆虫を外国の害虫と見なしがちですが、実際には人間とハエには多くの共通点があります。 ショウジョウバエの器官は、マウスや霊長類などの哺乳類と驚くほどの構造的類似性を共有しており、ハエの心臓を構築するための指示を含む遺伝子の80％以上が人々に反映されています。
「フルーツフライハートは、構造的にヒトの細胞に似ています」とエングラーは説明します。 「しかし、彼らの生理学はとても単純です。 勉強するのに理想的です。」
そして、人間と同じように、古いハエの心臓は機能しなくなる傾向があります。
Englerと彼のチームは、オリジナルの作品で、ハエの系統を繁殖させて、ビンキュリンの生産を心臓組織のオーバードライブに追い込みました。 予想どおり、より多くのビンキュリンで強化された心臓は、ハエが老化しても強いままであり、健康な組織のポンピング効率を模倣しています。
Englerの驚いたことに、心臓に余分なビンキュリンを加えると、寿命が著しく倍増することもあり、時には寿命を2倍以上にする「スーパーフライ」ができました。 しかし、これはビンキュリンが心臓組織の調整に重要であるという考えを支持しましたが、研究者は、これがハエの長寿命化にどのようにまたはなぜ役立つかを理解していませんでした。
ミステリーを解決するために、筆頭著者のAyla Sessionsは、いくつかの異なる角度から同じ系統のハエの健康と寿命を監視しました。 繰り返しになりますが、スーパーフライは通常の仲間よりも長生きしましたが、セッションはさらに、彼らが新たに発見した力を使って、床や大きな壁を切り裂く優れた運動能力も発揮することを発見しました。
さらに、スーパーアスリートは人間のアスリートのように、酸素と砂糖を使用して運動を強化するのにより効率的でした。 Sessionsがハエにラベルの付いたグルコースを与えたとき、ハエの食餌からの糖が、細胞に余分な燃料を排出する非常に効率的な経路に注がれているのを見ました。 実際、これらのハエは、他のグループの過去の作品の寿命の長いハエのように不気味に見えました。ただし、遺伝的なものではなく、ライフスタイルの変更（カロリー制限など）を受けたハエを除きます。 どういうわけか、ビンキュリンの余分な構造的接着剤は体の特定の部分のみに追いやられましたが、この変化は全体的な健康に強くて広範囲に影響を及ぼしていました。
「何百万もの細胞（その場で）のうち、わずか102個の細胞（［心臓］で）がこの全身効果を生み出します」とエングラーは言います。 「それは私たちにとって非常に驚くべきことでした。」
研究者が細胞のメカニズムの変化を代謝に関連付けたのはこれが初めてであり、強い心臓が健康な代謝を維持する方法についての洞察を提供する可能性があります。 セッションとエングラーは、スーパーフライの心臓の強度の増加がすべての違いを生むものであると理論付けています。 より多くのビンキュリンを一緒に束ねると、より古い心臓の細胞でも効率的に収縮するために必要な燃料が少なくなります。つまり、心臓全体でエネルギーを利用する方が優れているということです。 これは、他の組織のために糖分を解放するだけでなく、心臓にその燃料を体の他の部分により良く分配するために装備します。 そして出来上がり：スーパーフライスタミナ。
「（長所）長生きすることに集中することはできますが、生活の質が悪い場合、それによるメリットはありません」とセッションズは言います。 「寿命を延ばすだけでなく、後の代謝とエネルギー利用を増やしています。」
ビンキュリン産生ハエのプロファイルは、たとえばカロリー制限されたハエのプロファイルに非常に似ているため、エングラーは、この研究が他の寿命研究の結果を強く裏付けていると感じています。 「異なるメカニズムを介して同じ経路を微調整していますが、同じ目的を達成しています」と彼は説明します。
「代謝における循環系の役割を無視することは少し一方的です」とセッションズは付け加えます。 「代謝と心機能は密接に関連しています。」
Englerのチームは、今後の研究で、この情報がいつか寿命促進剤の合成に寄与する可能性があるという事実を念頭に置いて、組織構造と代謝の関連性を調べ続けることを計画しています。
サウスカロライナ医科大学の循環器科学の教授であり、研究に関係していなかったクリスティン・デレオン・ペネルは、将来の臨床状況で新しい扉を開く仕事を賞賛しています。 「心臓病患者が増加しているメタボリックシンドロームでは、ビンキュリンが実際に診療所で見ているものとリンクできることは非常に興味深いです」と彼女は言います。ビンキュリン。
しかし、エングラーは、まだ多くの作業が必要であると警告しています。私たちは、人間の心の中でビンキュリンを利用することからは程遠いです。 「私たちはあなたが服用できるピルがあること、または代謝をより長く維持するために食事を変更し始める必要があることを示唆しようとはしていません」と彼は説明します。 「そして、それは確かに若者の噴水ではありません。」
DeLeon-Pennellは、研究を進める前に、哺乳類などのより複雑な生物での作業を確認する必要があることも強調しています。
今のところ、良いニュースがあります。ハエを繁殖させて長生きさせることができます。
悪いニュースは？ ハエを繁殖させて長生きさせることができます。
