人間の身体は驚くほどダイナミックで、年齢を重ねるごとに内側から形を変えていく。例えば、血液系は幹細胞、具体的には造血幹細胞（造血幹細胞）、つまり血液細胞へと成長する未熟な細胞で構成されている。加齢とともに、これらの細胞は犬猿の仲となり、近隣の血液細胞と競争するようになる。より強い細胞は徐々にクローン化し、血液生産を引き継ぎ、血液システムの多様性を最小化する。 Nature』誌に掲載された新しい研究では、このプロセスを検証し、加齢によって幹細胞の多様性が低下すると、有害な可能性のある骨髄系細胞が野放図に作られるようになることを探っている。
ヒト血液系におけるクローン行動
この研究はバルセロナのゲノム制御センター（CRG）で行われた。発表された資料は、ヒトのDNAに書き込まれた「バーコード」に焦点を当てたもので、CRGのチームが血液系における幹細胞のクローン特性を評価するのに役立った。
この研究の共同執筆者であるラース・ベルテン博士は、「血液幹細胞は生存競争を繰り広げている。若いうちは、この競争が豊かで多様な生態系を作り出しているのですが、高齢になると、ある細胞は完全に脱落してしまいます。少数の幹細胞が後を引き継ぎ、それを補うために余計に働く。これは血液システムの回復力にとって悪いことです」。言い換えれば、血液システムは加齢とともに変化し、特定の幹細胞のクローンによって支配されるようになる。ヴェルテンの研究チームは、加齢に伴い、これらの幹細胞が慢性炎症に関係する免疫細胞である骨髄系細胞を優先的に産生するようになることを発見した。この発見をするために、研究チームは工夫を凝らした。
血液システムの遺伝子工学
CRGのリリースによれば、科学者たちは「発見をするためには、長年の技術的課題を解決しなければならなかった」。老化の過程で特定の幹細胞がどのように血液生産を引き継ぐかを評価するために、研究チームは個々の血液細胞を元の幹細胞まで遡って追跡しなければならなかった。理論的には、このプロセスにはヒトのDNAを遺伝子工学的に改変する必要があるが、倫理的にも論理的にも不可能な作業である。その代わりに研究チームは、DNAに付加されたメチル化マークのエピジェネティックな変化であるエピミューテーションに着目した。リリースでは次のように説明されている：幹細胞が分裂するとき、メチル化マークはその娘細胞にコピーされ、永久的で自然な「バーコード」が残る。このバーコードを読み取るために、研究者たちは独自の技術を開発しなければならなかった。
エピクローン技術とクローン拡大
最終的に研究チームは、メチル化バーコードを読み取るEPI-Cloneという新しい技術を開発した。研究チームは、既存の単一細胞シークエンシング・プラットフォームを用いて、マウスとヒト被験者の血液産生の歴史を再構築した。これにより研究チームは、どの幹細胞が長期にわたって血球を作るのに十分な競争力を持っていたかを追跡することができた。
結果は驚くべきものだった。高齢のマウスを研究したところ、血液幹細胞の70パーセントが数十個の大きなクローンに属していることがわかった。ヒトを調べたところ、より大きなクローンが50歳前後で血液系を支配し始めることがわかった。
ヒトでもマウスでも、造血幹細胞全体の1％以上を占める大きなクローンが、慢性炎症に関係する骨髄系細胞を優先的に産生することがわかった。ヒトの骨髄系幹細胞を除去する方法はあるのだろうか？研究はまだ初期段階にある。しかしエピクローン技術は、天然に存在する「バーコード」を活用して解決策を見出すことができるだろう。
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エピクローン技術はまだ新しいが、将来的には高齢者の予防医療に道を開く可能性がある。例えば、臨床医が患者の血液幹細胞プールをモニターして、危険な幹細胞クローンが急速に拡大していないかどうかを調べることができる。そうすれば、慢性疾患に罹りやすい高齢者により良い結果をもたらすことができるだろう。
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