病気との戦い：古いたまり場の再考
医学の途切れることのない発見の流れにもかかわらず、多くの注目を集める病気は依然として研究者を狡猾にしています。今日、科学者たちはよく踏まれた道に沿って新鮮な手がかりを求めています。
科学者が糖尿病やアルツハイマー病などの治療が困難な状態の下にあるメカニズムを深く掘り下げると、科学の端を拾い上げ、ゆるい糸に手を伸ばし、薄暗い隅に指を突っ込みます。
しかし、新鮮な角度からの答えが常に来るとは限らないので、時々倍増して、古いドアを開けて、なじみのある顔を再訪する価値があります。
たとえば最近、新しい臓器が「発見」され、目に見えないところに隠れていました。間質（液体で満たされたバッグのシステム）は、現在、体の最大の臓器の1つと見なされています。
以前は、間質はかなり重要でないと考えられていました。適切な作業を行う適切な臓器をサポートする解剖学的接着紙にすぎません。しかし、最先端のイメージング技術に焦点を合わせると、そのサイズと重要性が明らかになりました。
現在、科学者たちは、浮腫、線維症、および癌の厄介な広がりの能力について、それが私たちに何を教えてくれるのかを尋ねています。
研究では、誰もが石を放置してはならないことを知っています。しかし、間質は、それらが複数回、定期的に回されるべきであることを私たちに思い出させます。
この記事では、再検討されている細胞生物学のいくつかのよく知られた側面をカバーし、病気を理解するためのなじみのない方法を提供します。
微小管：足場以上のもの
すべての細胞の細胞質を走るのは、細胞骨格と呼ばれるタンパク質の複雑なネットワークです。この用語は、1903年にニコライ・コンスタンティノヴィッチ・コルツォフによって最初に造られました。細胞骨格の主成分の1つは、微小管と呼ばれる長い管状のタンパク質です。
微小管は細胞の硬直を維持するのに役立ちますが、細胞分裂や細胞質周辺の化合物の輸送においても極めて重要な役割を果たします。
微小管の機能不全は、パーキンソン病とアルツハイマー病の2つを含む神経変性状態と関連しています。
タウと呼ばれるタンパク質の異常にねじれた糸である神経原線維変化は、アルツハイマー病の特徴の1つです。通常、リン酸分子と組み合わせて、タウは微小管を確実にするのに役立ちます。ただし、アルツハイマー病のニューロンでは、タウタンパク質は通常の最大4倍のリン酸を運びます。
過剰リン酸化は、微小管の安定性と製造速度を低下させ、微小管の分解を引き起こす可能性もあります。
微小管産生のこの変化がどのように神経変性を引き起こすかは正確には理解されていませんが、研究者はこれらのプロセスへの介入がいつかアルツハイマー病の治療または予防に役立つかどうかを見たいと考えています。
微小管の問題は、神経学的状態のためだけに予約されているわけではありません。 1990年代以来、科学者たちは、心臓発作につながる細胞の変化の根源にあるのではないかと議論してきました。
この質問を調べるための最新の研究では、心臓細胞の微小管ネットワークへの化学変化により、心臓細胞が硬くなり、収縮しにくくなると結論付けられました。
著者らは、微小管を標的とする薬剤を設計することは、最終的には「心機能を改善する」ための実行可能な方法である可能性があると考えています。
発電所を超えて
生物学の授業で1つだけ学んだ場合、「ミトコンドリアは細胞の原動力である」可能性があります。 1800年代に最初に垣間見られた今日の科学者たちは、ミトコンドリアがさまざまな病気にかかっているのではないかと尋ねています。
パーキンソン病におけるミトコンドリアの役割が最も注目されています。
実際、何年にもわたって、さまざまなミトコンドリアの障害がパーキンソン病の発症に関係しているとされてきました。
たとえば、ミトコンドリアでエネルギーを生成する複雑な化学経路で問題が発生する可能性があり、ミトコンドリアDNAで突然変異が発生する可能性があります。
また、ミトコンドリアは、エネルギー生産の副産物として生産される活性酸素種の蓄積によって損傷を受ける可能性があります。
しかし、これらの失敗はどのようにしてパーキンソン病の明確な症状を生み出すのでしょうか？ミトコンドリアは、結局のところ、人体の事実上すべての細胞にあります。
その答えは、パーキンソン病で影響を受ける細胞の種類であるドーパミン作動性ニューロンにあるようです。これらの細胞は、ミトコンドリア機能障害に独特の影響を受けやすいです。一部には、これは、酸化攻撃に特に敏感であるためと思われます。
ドーパミン作動性ニューロンはまた、ミトコンドリアが監視し続ける要素であるカルシウムに大きく依存しています。ミトコンドリアのカルシウム制御がないと、ドーパミン作動性神経細胞は不均衡に苦しみます。
癌におけるミトコンドリアの役割も議論されています。悪性細胞は、制御不能な方法で分裂および複製します。これはエネルギー的に高価であり、ミトコンドリアを主要な容疑者にします。
ミトコンドリアが癌細胞のために電力を生成する能力を超えて、それらはまた、細胞が新しいまたはストレスの多い環境に適応するのを助けます。そして、癌細胞は体のある部分から別の部分に移動し、店を構え、息を止めずに増殖し続けるという不思議な能力を持っているので、ミトコンドリアはここでも悪役の疑いがあります。
パーキンソン病と癌に加えて、ミトコンドリアが非アルコール性脂肪肝疾患といくつかの肺の状態の発症にも関与している可能性があるという証拠があります。これらの勤勉な細胞小器官がどのように病気に影響を与えるかについては、まだ学ぶことがたくさんあります。
ミクロビオームの次のレベル
バクテリオファージはバクテリアを攻撃するウイルスです。そして、腸内細菌への関心が高まるにつれ、バクテリオファージが眉を上げ始めたことは当然のことです。バクテリアが健康に影響を与えることができれば、それらを殺す何かも確かに影響を与える可能性があります。
地球上のすべての生態系に存在するバクテリアは、有名な数です。しかし、バクテリオファージはそれらを上回っています。ある著者は、それらを「事実上遍在する」と呼んでいます。
健康と病気に対するマイクロバイオームの影響は、私たちが解明し始めたばかりの複雑な相互作用の網です。
そして、ウイルス（私たちの常在ウイルス）がミックスに追加されると、指数関数的に迷路になります。
バクテリアが病気や健康にどれほど重要であるかを知っているので、バクテリオファージ（さまざまな菌株に固有）がいつの日か医学的にどのように役立つかを考えるのは想像力のほんの少しの飛躍です。
実際、バクテリオファージは1920年代と30年代に感染症の治療に使用されていました。主に、保管と製造がより簡単で安価な抗生物質が登場したため、彼らは支持を失いました。
しかし、抗生物質耐性の危険が頭をもたげているので、バクテリオファージ療法への後退がカードにあるかもしれません。
バクテリオファージには、抗生物質が多くの種にまたがって広範囲に広がるのとは対照的に、1つの細菌に特異的であるという利点もあります。
バクテリオファージへの関心の復活は新しいものですが、「心血管疾患や自己免疫疾患、移植片拒絶反応、癌」との闘いにおいて潜在的な役割をすでに認識している人もいます。
脂質ラフトに漂流を設定する
各セルは脂質膜でコーティングされており、特定の化学物質を出し入れしながら、他の化学物質の経路を遮断します。脂質膜は、ビットでいっぱいの単純なバッグではなく、複雑でタンパク質がちりばめられた実体です。
膜複合体内では、脂質ラフトはチャネルや他の細胞機器が集まる個別の島です。これらの構造の正確な目的は熱く議論されていますが、科学者はうつ病を含む多くの状態に対してそれらが何を意味するのかを忙しく把握しています。
最近の調査では、これらの地域を理解することで、抗うつ薬がどのように機能するかを理解するのに役立つ可能性があると結論付けています。
シグナル伝達細胞スイッチであるGタンパク質は、脂質ラフトに流れ込むと非活性化されます。それらの活動が低下すると、ニューロンの発火とコミュニケーションが低下し、理論的には、うつ病のいくつかの症状を引き起こす可能性があります。
コインの反対側では、抗うつ薬が脂質ラフトからGタンパク質をシフトバックし、それによって抑うつ症状を軽減することが示されています。
他の研究では、膵臓がんと卵巣がんの薬剤耐性と転移における脂質ラフトの潜在的な役割、およびアルツハイマー病に向かう途中の認知機能の低下が調査されています。
脂質膜の二重層構造は前世紀の半ばに最初に発見されましたが、脂質ラフトは細胞ファミリーに比較的新しく追加されたものです。それらの構造と機能に関する多くの質問は、まだ答えられていません。
良いものは小さなパッケージで提供されます
要するに、細胞外小胞は細胞間で化学物質を運ぶ小さなパッケージです。それらは、凝固、細胞の老化、免疫応答など、さまざまなプロセスでコミュニケーションを取り、役割を果たすのに役立ちます。
彼らはそのような幅広い経路の一部としてメッセージを行き来するので、彼らが失敗して病気に巻き込まれる可能性があるのも不思議ではありません。
また、タンパク質やDNAを含む複雑な分子を運ぶことができるため、神経変性疾患に関与するタンパク質など、疾患固有の物質をシャトルする可能性があります。
腫瘍は細胞外小胞も生成し、その役割はまだ完全には理解されていませんが、癌が離れた場所に店を構えるのに役立つ可能性があります。
これらの細胞間煙信号を読み取ることを学ぶことができれば、無数の病気のプロセスについての洞察を得ることができます。理論的には、私たちがする必要があるのは、それらを利用してコードを解読することだけです。もちろん、これは大きな課題になります。
スクロールせずに見える範囲
生物学を学んだ場合は、小胞体（ER）を発音しやすいように覚えているかもしれません。また、それは細胞質内の平らな嚢の相互接続されたネットワークであり、核の近くに位置していることを覚えているかもしれません。
1800年代後半に顕微鏡で最初に垣間見られたERは、タンパク質を折りたたんで、細胞外の過酷な環境での生活に備えます。
タンパク質が正しく折りたたまれていることが重要です。そうでない場合、ERはそれらを最終目的地に輸送しません。ストレス時には、小胞体が残業していると、誤って折りたたまれたタンパク質や折りたたまれていないタンパク質が蓄積する可能性があります。これは、いわゆる折りたたまれていないタンパク質応答（UPR）をトリガーします。
UPRは、折りたたまれていないタンパク質のバックログをクリアすることにより、正常な細胞機能をオンラインに戻そうとします。これを行うために、それはそれ以上のタンパク質生産を防ぎ、ひどく折りたたまれたタンパク質を分解し、そしていくらかの折り畳みでひびを入れるのを助けることができる分子機械を活性化します。
ERが軌道に戻ることができず、UPRが細胞のタンパク質の状況を元に戻すことができない場合、細胞はアポトーシスによる死のマークが付けられます。これは細胞の自殺の一種です。
小胞体ストレスとその結果としてのUPRは、糖尿病を含むさまざまな疾患に関係しています。
インスリンは膵臓のベータ細胞によって生成され、このホルモンの産生は1日を通して変化するため、小胞体への圧力は上下します。つまり、これらの細胞は効率的なUPRシグナル伝達に依存しています。
研究によると、高血糖はタンパク質合成に大きな圧力をかけることが示されています。 UPRが物事を軌道に戻すことができない場合、ベータ細胞は機能不全になり、死にます。ベータ細胞の数が減少すると、必要なときにインスリンを生成できなくなり、糖尿病が発症します。
これらは生物医科学に関わる魅力的な時期であり、この短い一瞥が証明するように、私たちはまだ学ぶことがたくさんあり、古い地面をカバーすることは新しい地平を切り開くのと同じくらい役立つことがあります。
