What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
あなたの細胞はどんな形でしょう? ぐにゃぐにゃした円柱のような形? それともギザギザした形? おそらく これらの基礎的構成物の 構造について考えることは少ないでしょう しかし 顕微鏡レベルでは 小さな変化が 非常に大きな影響を与えます 細胞の形の変化の中には より良く進化させる適応もあれば 衰弱をもたらす合併症の連鎖を 引き起こすものもあります これは 鎌状赤血球症についての話です
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
鎌状赤血球症は 赤血球に影響を与えます 赤血球には 酸素を肺から 全身の組織に運ぶ役割があります この必要不可欠な役割を果たす為に 赤血球は酸素分子を運ぶヘモグロビン というタンパク質で満たされています このタンパク質が ドーナツ型をした可塑性のある 赤血球の中で 個々に漂うことで 赤血球が柔軟性を保ち 最も細い血管の中でさえも 入り込むことができます しかし 鎌状赤血球症では 単一の突然変異遺伝子によって ヘモグロビンの構造が変化しています 酸素を組織に運んだあと 変異したタンパク質が集まって 柔軟性のない列をなし 固定されてしまいます この棒状のヘモグロビンにより 赤血球は 長くて先が尖った鎌状に変形します この赤血球は硬く 粘着度が高いため 血管の中をスムーズに動き回ることが 出来なくなるのです 鎌状赤血球は 引っかって 塊となって 血管を完全に詰まらせて しまうこともあります これによって酸素が 様々な細胞に届かなくなり 鎌状赤血球症の人々が経験する 色々な症状を引き起こす原因になるのです
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
この疾患は 1歳未満で発症し 患者は 酸素欠乏になった組織から発する 差すような痛みを経験します 詰まった血管の場所によって 特有の症状が出現します 免疫機能の一部である脾臓で 血栓ができると 患者が危険な感染症にかかる リスクを高めます 肺における血栓は 発熱や呼吸困難を引き起こします 眼の近くの血管の詰まりは 視覚障害や網膜剥離の原因になります そして 脳の血管が詰まると 脳卒中になる可能性もあるのです
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
さらに都合の悪いことに 鎌状赤血球は寿命が短く 正常な細胞が4ヶ月なのに比べ 10〜20日しか生きられません 寿命が短いということは 患者は 常に赤血球の 欠乏に晒されていることを意味します この状態を鎌状赤血球貧血症 と呼びます
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
この有害な突然変異について おそらく 最も驚くべきことは 元々は有益な適応としての 進化であったということです 研究者たちは この突然変異の起源を追って マラリアという熱帯地域の病気によって 歴史を通して惨事が繰り広げられてきた 地域に辿り着きました マラリアはその土地の 蚊の中に媒介する 寄生虫によって広がり 赤血球を 自らが“生育”する 場所として利用し 血流にのって素早く 致死的に 全身に広がります
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
しかし 赤血球を血管の障害物に変える この変化は マラリアに対しても 抵抗力を持つようになります もし 子供が ちょうど1人の親から 変異した遺伝子のコピーを受け継ぐと 異常なヘモグロビンの量は マラリアの寄生虫にとって 十分に致命的となりますが ほとんどの赤血球は正常な形と機能を 保ち続けられます この寄生虫が 多く生息する地域では 鎌状赤血球を登場させた突然変異は 進化の上でとても有利に働きました しかし この適応が広がるにつれ 両親から突然変異の遺伝子を受け継ぐと 鎌状赤血球貧血症が 引き起こされることが 明らかになりました
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
現在 鎌状赤血球をもつ ほとんどの人が 自分の祖先をマラリアが流行している国まで 遡って突き止めるが可能です 世界中のマラリア感染の 90%以上を占めているアフリカでは この突然変異は 今でも重要な役割を果たしています 幸運なことに この“適応”が上手く機能しているうちに 鎌状赤血球に対処する治療法は 進歩し続けています 何年もの間 ヒドロキシウレアが唯一の薬で 鎌状赤血球の量や 感情鈍麻を抑えたり 寿命を伸ばしたり出来ました 骨髄移植も治療の手段の1つですが これらの治療法は複雑で 容易には受けられません しかし 期待の持てる新薬が 画期的な方法で登場しています 酸素のヘモグロビンへの結合を保つことで 鎌状化を防ぐとか 鎌状赤血球の粘稠度を 下げるといったものです そして ゲノム編集が 可能になったことで 幹細胞が正常なヘモグロビンを 作りだす可能性が高まりました これらの方法が マラリアや鎌状赤血球症の影響を 最も受けている地域で利用可能になれば この有害な適応に苦しんでいる より多くの罹患者の生活の質を 改善することが可能になります