今回紹介する論文は、こちら。
Microglial-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
B. P. Festa, F. H. Siddiqi, M. Jimenez-Sanchez, H. Won, M. Rob, A. Djajadikerta, et al.
Neuron 2023
DOI: 10.1016/j.neuron.2023.04.006
簡単に説明すると。。
- ミクログリアとは、中枢神経系に存在する、マクロファージに類似した免疫細胞です。脳や脊髄の組織内に広く存在しており、異物や細胞の老廃物を取り込んで分解することで、神経細胞の健康維持や修復、炎症反応の制御などに重要な役割を果たしています。
- ニューロンとは、神経細胞のことであり、神経系を構成する基本的な細胞の一つです。神経系には、脳や脊髄などの中枢神経系と、末梢神経系がありますが、ニューロンはどちらの神経系にも存在しています。ニューロンは、細胞体、樹状突起、軸索、シナプスなどから構成されており、情報伝達の役割を担っています。
- オートファジーとは、細胞内に存在する細胞小器官やタンパク質、細胞質などの老廃物を分解して再利用する、一種の細胞内リサイクルシステムのことを指します。オートファジーは、細胞が栄養不足やストレスなどの環境変化に対応するために働くメカニズムの一つとして知られており、様々な細胞機能に関与しています。過剰なオートファジーは、正常な細胞機能を破壊する可能性がある一方、不十分なオートファジーは、老廃物の蓄積や細胞死の誘導など、様々な問題を引き起こすことが知られています。
- Huntington病は、遺伝性の神経変性疾患であり、症状としては運動障害や認知機能の低下などが現れます。Huntington病の原因遺伝子であるHtt遺伝子の変異は、オートファジーの異常を引き起こすことが知られています。Htt遺伝子の変異により、オートファジーの調節が不十分になり、細胞内に老廃物やタンパク質が蓄積してしまいます。この蓄積が、Huntington病における神経細胞の死滅や神経系の機能障害を引き起こす可能性があります。
- この論文では、ニューロンに有害なニューロンのオートファジーを阻害する上での活性化ミクログリアの役割について説明します。ミクログリア由来のCCL-5/-4/-3はニューロンのCCR5を活性化してニューロンのオートファジーを阻害し、CCR5とCCL-3/-4/-5はハンチントン病とタウオパシーのマウスの脳で増加します。
どうやって実験を行ったか？
マウスを用いた動物実験です。
この論文で使用された方法には、
- MRFP-GFP-LC3（トラフィックライト（Tfl）マウスの生成。トラフィックライト（Tfl）マウスの生成には、遺伝子工学技術を利用して特定の細胞に蛍光色素を導入し、それらの細胞を可視化できるように改変したマウスの作成が含まれます。これにより、生体内での細胞の挙動や相互作用を研究することが可能になります。
- MRPFは赤、GFPは緑と、2色でLC3がラベルされていますが、これは、LC3はGFPと赤色蛍光タンパク質（mRFP）のダブルタグで、非酸性化オートファゴソーム（赤と緑＝黄色)、酸性化したオートリソソーム(赤のみ)と区別できます。リソソームpHが低いとGFPの蛍光がより早く消光するため、オートファジーのフラックスを評価することができます。オートファジーフラックスの説明は下記。
- pMRFP-EGFP-RLC3からPCAGGへのPCRによるMRFP-GFP-LC3のサブクローニング。サブクローニングとは、遺伝子工学技術の一種で、特定のDNA断片（遺伝子やプロモーターなど）を切り出し、別のプラスミドベクターに挿入する作業のことを指します。これにより、目的の遺伝子を研究や遺伝子改変のために利用できる形で取り出すことができます。
- ウエスタンによるMRFP-GFP-LC3タンパク質発現レベルの評価
- 脳、筋肉、組織のブロッティング、および新鮮な凍結組織のクライオセクショニングと蛍光レベルの直接観察による。
オートファジー（autophagy）フラックスは、オートファジーの過程全体を示す指標で、オートファジーによる細胞内物質の分解・リサイクルのダイナミクスを評価するために用いられます。オートファジーは、細胞がストレス条件下や栄養不足時に、不要または損傷した細胞内構造やタンパク質を分解し、リサイクルすることでエネルギーや構成要素を再利用する生理学的プロセスです。
オートファジーは、以下の主要なステップから成ります。
- オートファジーソームの形成：細胞内のタンパク質やオルガネラが包み込まれる二重膜の構造体が形成されます。
- リソソームとの融合：オートファジーソームはリソソームと融合し、オートファジックリソソーム（オートリソソーム）を形成します。
- 分解・リサイクル：オートファジックリソソーム内で、包含物がリソソーム酵素によって分解され、その構成要素が細胞内で再利用されます。
オートファジーフラックスは、オートファジーソームの形成から分解・リサイクルまでの一連のプロセスを評価することで、オートファジーの活性度や効率を測定することができます。オートファジーフラックスの評価には、タンパク質の蛍光標識、ウェスタンブロッティング、遺伝子発現解析などの手法が用いられます。
どういう結果が得られたか？
この研究の結果は、活性化されたミクログリアがニューロンにとって有害なニューロンのオートファジーを阻害することがわかりました。この研究では、ミクログリア由来のCCL-5/-4/-3がニューロンのCCR5を活性化してニューロンのオートファジーを阻害していました。研究者らはまた、ハンチントン病とタウオパシーのマウスの脳でCCR5とCCL-3/-4/-5が増加していることを見出し、この経路がこれらの疾患の発症機序に関与している可能性があることを示しています。
さらに、この研究では、CCR5を阻害する薬を投与することで、mTORC1の活性化、LC3-IIの低下、およびHeLa CCR5-GFP細胞におけるmHTTの蓄積が妨げられることが判明し、この経路を標的とすることが神経変性疾患の潜在的な治療戦略となる可能性があることが示唆されました。
この研究の今後は？
他の神経変性疾患におけるCCR5の役割の調査、ニューロンのオートファジーを調節する他の要因の特定、神経変性疾患の治療戦略としてこの経路を標的とする可能性の探求などが考えられます。
この発見を臨床応用できるかどうかを判断するには、さらなる研究が必要であることを示唆しています。
感想
オートファジーは、組織修復において、非常に重要な仕組みです。幹細胞治療、エクソソーム治療においても、このオートファージへの関与にすごく興味を持っています。まだまだ勉強していこうかと思います。
英文Abstract
Microglia-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
In neurodegeneration diseases, microglia switch to an activated state, which results in excessive secretion of pro-inflammatory factors. Our work aims to investigate how this paracrine signaling affects neuronal function. Here, we show that activated microglia mediate non-cell-autonomous inhibition of neuronal autophagy, a degenerative pathway critical for removal toxic, aggregate-prompt proteins accumulating in neurodegenerative disease. We found that the microglia-derived CCL-3/-4/-5 bind and activate neural CCR5, which in turn promotes mTORC1 activation and disrupts autophagy and aggregate-protein clearance. CCR5 and its cognate chemokines are upregulated in the brains of pre-manifesting mouse models for Huntington’s disease (HD) and tauopathy, suggesting a pathological role of this microglia-neuronal axis in the early phase of these disease. CCR5 upregulation is self-sustaining, as CCL5-CCR5 autophagy inhibition impairs CCR5 degradation itself. Finally, pharmacological or genetic inhibition of CCR5 rescues mTORC1 hyperactivation and autophagy dysfunction, which ameliorates HD and tau pathologies in mouse models.
2.62531017