骨免疫学 最新文献紹介
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    IL-17誘導性のHIFαは線維芽細胞による免疫排除を介して抗PD-L1療法に対する抵抗性を発揮する

    原題:

    IL-17–induced HIF1α drives resistance to anti–PD-L1 via fibroblast-mediated immune exclusion

    著者:

    Xing Chen, Junjie Zhao, Tomasz Herjan, Lingzi Hong, Yun Liao, Caini Liu, Kommireddy Vasu, Han Wang, Austin Thompson, Paul L Fox, Brian R Gastman, Xiao Li, Xiaoxia Li

    雑誌:

    J. Exp. Med., 219 (6): e20210693 (2022)

    POINT!

    IL-17は固形腫瘍の予後不良に関連する因子の一つである。IL-17は、組織再生過程などでは炎症を惹起する。近年、腫瘍の微小環境ではこのサイトカインが免疫抑制的に作用することが明らかになった。皮膚腫瘍形成モデルのDMBA/TPA塗布マウスでは、腫瘍細胞は主に腫瘍関連線維芽細胞 (CAF) が形成する間質に被包される。著者らがこの腫瘍間質の解析を行ったところ、中にIL-17産生細胞が認められた。そこで、Il17rcf/fCol1a2CreERT2マウスに腫瘍を誘導した後にタモキシフェンを投与し、腫瘍におけるIL-17の意義を検討した。このマウスの腫瘍中では線維形成が減少し、抗PD-L1抗体への感受性が増加した。また、腫瘍内部へのグランザイムB+CD8+T細胞の浸潤は亢進していた。Il17rcf/fCol1a2CreERT2マウスのCD8+T細胞を中和抗体で除去すると、抗PD-L1抗体による治療効果は消失した。Il17rcf/fCol1a2CreERT2マウスに形成された腫瘍の解析の結果からHIF1αの発現低下に着目した。IL-17によるCAF刺激はAct1を介してHIF1αタンパク質を増加させた。Hif1aのmRNAにはAct1結合領域が存在し、これらの結合によりHIF1αタンパク質の翻訳が促進されることが示された。Hif1aアプタマーを作出し、腫瘍モデルマウスに投与したところ、アプタマー単独での腫瘍抑制効果は限定的であったものの、抗PD-L1抗体と共に投与された場合は腫瘍の増大を強力に抑制した。以上より、腫瘍内のIL-17シグナルはHIF1αを介して腫瘍間質を成長させ、さらにCD8+T細胞の浸潤を阻害することで病態を悪化させることが示された。

    ミクログリア

    ミクログリアによるCRH産生ニューロンの興奮性シナプスの刈り込みは生後間もない時期のストレスで阻害され成熟後の異常なストレス反応の原因となる

    原題:

    Early stress-induced impaired microglial pruning of excitatory synapses on immature CRH-expressing neurons provokes aberrant adult stress responses

    著者:

    Jessica L. Bolton, Annabel K. Short, Shivashankar Othy, Cassandra L. Kooiker, Manlin Shao, Benjamin G. Gunn, Jaclyn Beck, Xinglong Bai, Stephanie M. Law, Julie C. Savage, Jeremy J. Lambert, Delia Belelli, Marie-Eve Tremblay, Michael D. Cahalan, and Tallie Z. Baram

    雑誌:

    Cell Rep., 38, 110600 (2022)

    POINT!

    若年期に苦境におかれると、神経回路の発達に異常をきたし、青年期以降に異常なストレス反応を主徴とする精神・神経疾患を発症するリスクが高まる。しかし、若齢期のストレス環境 (ELA) が神経回路形成を制御するメカニズムは不明である。著者らは、新生仔マウスを巣材の少ない環境で飼育することによってストレスに晒した。これにより、視床下部室傍核の副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン (CRH)+細胞において興奮性シナプス (vGlut2+シナプス) が増加し、自発的な活動電位の発生が認められた。二光子顕微鏡を用いてシナプス刈り込みを行う細胞であるミクログリアを解析したところ、CRH+ニューロン近傍のミクログリア数はELAにより変化しなかったが、細胞突起の長さや運動性が低減した。電子顕微鏡観察により、ELAマウスではシナプスの貪食が減少することが明らかになった。このELAに伴う貪食像の減少はCRH+ニューロン特異的なイベントであった。次に、ミクログリアの貪食制御機構を検討した。貪食作用にはAxlやMerといった受容体型チロシンキナーゼが関与する。Ex vivoの実験でMer阻害剤UNC2025を加えた際、対照群の脳組織ではCRH+ニューロンの興奮性シナプスが増加した一方、ELAマウスの脳組織ではそのような増加は見られなかった。この結果から、ELAマウスの脳組織ではMer活性が既に低下していたためと考えられた。ELAマウスのミクログリアをGq-designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADD) 法により活性化すると、CRH+ニューロンの興奮性シナプスは減少した。ELAでは、副腎の重量が増すことがわかっているが、Gq-DREADD法によるミクログリアの活性化は、副腎重量増加を打ち消した。また、ELAマウスでは、成熟後もストレス反応が大きいが、Gq-DREADD法によりミクログリアを活性化することによって対照群と同等レベルに低減された。以上より、若齢期のストレス刺激はミクログリアの活性を抑制し、視床下部-副腎皮質系を活性化することで成熟後にも以上なストレス反応を引き起こすことが明らかになった。

    腸管免疫

    粘膜に常在する真菌は17型免疫応答を介して腸管のバリア機能と社会性を向上させる

    原題:

    Mucosal fungi promote gut barrier function and social behavior via Type 17 immunity

    著者:

    Irina Leonardi, Iris H. Gao, Woan-Yu Lin, Megan Allen, Xin V. Li, William D. Fiers, Meghan Bialt De Celie, Gregory G. Putzel, Rhonda K. Yantiss, Melanie Johncilla, Dilek Colak, and Iliyan D. Iliev

    雑誌:

    Cell, 185, 831-846 (2022)

    POINT!

    真菌は腸内微生物叢の重要な構成要素の一つであるとされているが、分布や機能には不明な点が多い。本研究で著者らは、まず、消化管の部位ごとに管腔中の常在真菌 (LUM) と粘膜に定着している真菌 (MAF) の解析をおこなった。胃、空腸、回腸、盲腸、結腸のいずれの部位でもLUMとMAFの構成は異なり、MAFの方が多様性に富んでいた。LUMには一過性と思われる菌種が多く、MAFには免疫原性の種、CandidaSaccharomycesSaccharomycopsisなどが多く認められ、腸管内で特定の免疫応答を誘導する菌種が腸管内に定着できると考えられた。DSS腸炎マウスにLUMまたはMAFを植菌したところ、LUMではマウスの致死率が改善しなかった一方でMAFでは改善が見られた。MAFを植菌したマウス (MUCマウス) の腸管上皮細胞では、免疫応答と細胞増殖に関わる遺伝子群が大きな変動を示し、バリア機能が向上することが確認された。MUCマウスの腸管粘膜固有層と腸間膜リンパ節ではTh17細胞が増加していた。このマウスのTh細胞ではIL-17A、IL-17F、IL-22の産生が増加していた。ILC3の数やサイトカイン産生には変化は見られなかった。これらの関与を確認するために、Il17a–/–マウスとIl22–/–マウスにDSSモデルとMAFの植菌を行なったところ、前者では対照群よりも生存率が微増した一方、後者では植菌によるバリア機能や生存率の上昇効果が認められなかった。IL-22産生Th17細胞のバリア機能への寄与を検証するために、Rag1–/–マウスにIl22+/–またはIl22–/–マウスのCD4+細胞を移入し、DSSモデルとMAFの植菌を行った。その結果、前者のマウスにおいて生存率が上昇したことから、これらの細胞の重要性が示唆された。著者らはこれらの真菌が感染防御に役立つかを検討した。MUCマウスではC. rodentium感染症が軽度であった。Il22–/–マウスで同様の感染実験をした場合はC. rodentiumの腸管への定着が多く感染症がより重度であった。腸管免疫と脳機能に相関があるという報告が近年あいついでなされていることから、MUCマウスの行動解析を行った。その結果、これらのマウスでは社会性が向上することが見出された。中枢神経系においてIL-17受容体は高いレベルで発現する一方、IL-22受容体の発現は高度ではなかった。MUCによる社会性の向上はIl22–/–マウスでも認められたが、神経特異的IL-17受容体欠損マウス (Il17raf/fBAF53b-Creマウス) では認められなかった。以上より、腸内真菌叢は、IL-22を介してバリア機能を、IL-17を介して社会性を向上させることが示された。

    FSH

    FSH阻害はアルツハイマー病マウスの認知機能を改善する

    原題:

    FSH blockade improves cognition in mice with Alzheimer’s disease

    著者:

    Jing Xiong, Seong Su Kang, Zhihao Wang, Xia Liu, Tan-Chun Kuo, Funda Korkmaz, Ashley Padilla, Sari Miyashita, Pokman Chan, Zhaohui Zhang, Pavel Katsel, Jocoll Burgess, Anisa Gumerova, Kseniia Ievleva, Damini Sant, Shan-Ping Yu, Valeriia Muradova, Tal Frolinger, Daria Lizneva, Jameel Iqbal, Ki A. Goosens, Sakshi Gera, Clifford J. Rosen, Vahram Haroutunian, Vitaly Ryu, Tony Yuen, Mone Zaidi, Keqiang Ye

    雑誌:

    Nature, 603, 470–476 (2022)

    POINT!

    高齢の女性ではアルツハイマー病(AD)の発症率が高く、認知機能は閉経移行期における内臓肥満蓄積やエネルギー代謝異常、骨量低下に伴って急激に悪化する。著者らは以前、抗体により卵胞刺激ホルモン(FSH)を阻害すると熱産生が促進され血清コレステロール値が低下して体脂肪が減少し、骨量が増加することを示した。本研究で著者らは、FSHがマウスの海馬や大脳皮質などの領域で神経細胞のFSH受容体に作用し、ADの特徴を引き起こすことを明らかにした。3種類のマウスモデル(Psen1M146Vノックイン変異とヒトAPPK670N/M671LおよびヒトMAPTP301Lのトランスジーンをホモ接合性に有する3xTgマウス、APPK670N/M671LPSEN1DE9からなるヒトのトランスジーンを持つAPP/PS1マウスおよびApp遺伝子に3つの変異(G601R、F606Y、R609H)がノックインされ、オリゴマー化しうるAβが発現するAPP-KIマウス)を用い、卵巣摘出やFSHリガンド投与によってADの特徴であるアミロイドβやタウの沈着、ニューロンのアポトーシス、認知機能低下などが誘導され、抗FSH抗体投与やAAV2-siFshrの定位注入による海馬選択的なFSH受容体発現抑制によってそれらの表現型が抑制されることを証明した。また、卵巣摘出は海馬ニューロンにおいて転写因子C/EBPβの発現を強く誘導し、それによりアミロイド前駆体タンパク質(APP)を切断してアミロイドβを生成し、タウを切断して神経原線維変化を生じさせる酵素であるδ-セクレターゼであるアルギニンエンドペプチダーゼ(AEP)を活性化した。FSH抗体投与などによってFSHを阻害すると、卵巣摘出モデルマウスにおけるC/EBPβ-AEP/δセクレターゼ経路の活性化、APPとタウの切断、タウのリン酸化の増加が顕著に減少することが示された。以上の結果から、閉経期におけるADの増悪に血中FSHレベルの上昇が関与していることが示唆され、AD、肥満、骨粗鬆症、脂質異常症のすべてをFSH阻害剤で治療できる可能性が明らかにされた。

    肝性骨異栄養症

    肝-骨軸の異常が肝性骨異栄養症の進行に寄与する

    原題:

    Defects in a liver-bone axis contribute to hepatic osteodystrophy disease progression

    著者:

    Ke Lu, Tian-Shu Shi, Si-Yu Shen, Yong Shi, Hong-Liang Gao, Jing Wu, Xiang Lu, Xiang Gao, Huang-xian Ju, Wei Wang, Yi Cao, Di Chen, Chao-Jun Li, Bin Xue, Qing Jiang

    雑誌:

    Cell Metab, 34, 441–457 (2022)

    POINT!

    肝性骨異栄養症(HOD)は、原発性胆汁性肝硬変や原発性硬化性胆管炎などの慢性肝疾患に伴う代謝性骨疾患で、HOD患者の約75%が骨量減少をきたすことから、肝臓から骨への作用が示唆されているが、その詳しい分子機構は不明であった。HODの原因となるメカニズムを特定するために、著者らは質量分析法を用いてHODを伴う肝硬変患者と骨密度が正常な患者から得た肝臓組織で発現量を比較したところ、肝疾患の進行によりホスファターゼであるPP2Acのα触媒サブユニットの発現と活性が上昇することを見いだした。そこで、肝臓特異的PP2Acα欠損マウスを作製し、四塩化炭素(CCl4)投与による肝障害を誘発させたところ、PP2Acα欠損によりCCl4誘発性肝損傷に伴う骨形成低下および骨吸収上昇が抑制されることによって骨量が維持されることが明らかになった。肝損傷PP2Acα cKOマウスから血清を採取し、プロテオミクス解析により肝損傷によって発現変動する122のタンパク質が同定された。さらに、様々な観点から4つのタンパク質に絞られ、そのうちの1つであるレシチンコレステロールアシルトランスフェラーゼ(LCAT)だけが肝臓由来であった。LCATはコレステロールを末梢組織から肝臓に戻す役割を担っているヘパトカインである。PP2Acα cKOマウスの骨量低下を防ぐためにLCATが必要かどうかをさらに調べるため、CCl4投与前にPP2Acα cKOマウスに肝臓を標的とするrAAV8-shLcatを注入したところ、コントロールマウスと同程度の骨量低下が観察された。すなわち、著者らのHODモデルにおいてPP2Acα欠損マウスのLCAT発現上昇が骨量低下の緩和に寄与していることが明らかとなった。実際にHOD患者の血清LCAT量と大腿骨頚部BMDの相関を調べたところ、血清LCAT量は大腿骨頚部BMDと正の相関を持つことが示唆された。また、リコンビナントLCATは骨芽細胞分化を促進し、破骨細胞分化を抑制する活性を示し、コレステロールを培地中に加えるとこの効果がキャンセルされた。以上の結果から、LCAT はコレステロール依存的に破骨細胞・骨芽細胞分化を制御することが示唆された。さらに、LCATによって骨組織から輸送されたコレステロールが損傷後の肝臓回復に関わることも明らかにされた。以上から、HODではPP2Acαの発現上昇によってLCATの発現低下が誘導されることで骨量減少や肝障害が進行することが示され、この経路を標的とすることで疾患の進行を改善できる可能性が示された。

    神経-骨細胞相互作用

    コリン作動性神経と骨格の相互作用は生後の成長と運動に伴う骨形成を促進する

    原題:

    A cholinergic neuroskeletal interface promotes bone formation during postnatal growth and exercise

    著者:

    Stephen Gadomski, Claire Fielding, Andrés García-García, Claudia Korn, Chrysa Kapeni, Sadaf Ashraf, Javier Villadiego, Raquel del Toro, Olivia Domingues, Jeremy N. Skepper, Tatiana Michel, Jacques Zimmer, Regine Sendtner, Scott Dillon, Kenneth E.S. Poole, Gill Holdsworth, Michael Sendtner, Juan J. Toledo-Aral, Cosimo De Bari, Andrew W. McCaskie, Pamela G. Robey, Simón Méndez-Ferrer

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 29, 528–544 (2022)

    POINT!

    骨におけるコリン作動性シグナルの役割はほとんどわかっていなかった。交感神経と副交感神経は通常、神経伝達物質としてノルエピネフリンとアセチルコリン(ACh)をそれぞれ使用する。しかし、一部の胚性交感神経ニューロンはコリン作動性の特徴を示すが、その頻度は徐々に減少し、出生までに交感神経細胞の約4%になる。このような初期のコリン作動性交感神経ニューロンが、出生後にコリン作動性になる交感神経ニューロンと重なるかどうかは不明であった。この交感神経ニューロンの「コリン作動性スイッチ」は、マウスでは生後数週間の間に起こる。さらに、骨に対するコリン作動性神経線維の役割はほとんど不明であった。Neurturin(NRTN)のGDNFファミリー受容体α2(GFRα2)への結合は、コリン作動性神経細胞の発達と生存を促進することが知られていることから、著者らはGFRα2欠損マウスをコリン作動性神経欠損のモデルとして使用した。コリン作動性線維の起源を明らかにするために、新生児マウスに6-ヒドロキシドーパミン(6-OHDA)を投与し、生後のコリン作動性スイッチの前に交感神経線維を消失させた。これらのマウスの成体では、大腿骨と頭蓋骨でノルアドレナリン作動性線維とコリン作動性線維が同様に減少した。すなわち、骨のコリン作動性線維が交感神経系に由来することを示唆している。また、これまでの研究でIL-6ファミリーがコリン作動性遺伝子発現を促進することが示唆されていた。著者らはin vivoでのIL-6の産生源とコリン作動性スイッチを活性化する可能性を検討するため、生後3日目の四肢における近接ライゲーションアッセイを行ったところ、骨膜付近の主に隣接する骨格筋に高いIL-6発現がみとめられた。生後6週間IL-6阻害剤を投与したマウスやIl6/マウスの大腿骨と頭蓋骨には、ノルアドレナリン作動性神経線維が正常に存在していた一方、コリン作動性神経線維が顕著に減少したことから、IL-6が生体内でコリン作動性スイッチを促進することが示唆された。また、骨芽細胞系列細胞は骨および骨髄においてコリン作動性神経シグナルを伝達し増幅している可能性も示された。さらに、Gfra2/マウスでは特にメスの脛骨において、皮質骨量、皮質骨厚および骨梁厚などが減少し、3点曲げ試験での剛性と強度も低下していた。これらのマウスでは骨形成が低下した一方、骨吸収は変化していなかった。これらのマウスの骨細胞は、細胞形態の異常や樹状突起の減少、骨細胞数の減少に加え、Mmp14発現低下とSost発現上昇を示し、トレッドミル運動によるSost発現低下に抵抗性を示した。トレッドミル運動を行ったGfra2/マウスのスクレロスチンを抗体により阻害すると、骨形成速度、骨強度、骨梁厚などが正常化したことから、Gfra2/マウスの骨減少症におけるスクレロスチンの重要性が明らかにされた。近接ライゲーションアッセイにより、骨のコリン作動性神経線維で最も高いNRTN発現が観察されたことから、これらの神経線維は骨細胞でNRTNシグナルを活性化し、その欠如が生体内のGFRα2発現骨細胞の異常を引き起こす可能性が示唆された。実際、新生仔での6-OHDA投与でも成体の骨細胞数および樹状突起が減少し、これはNrtn/マウスでも同様の表現型であったことから、NRTN-GFRα2シグナルが骨細胞の生存を促進していることが示唆された。次に著者らは、適度な運動によって骨髄のコリン作動性神経線維が顕著に増加し、海綿骨量などが上昇した一方、生後早期の交感神経遮断により運動に対する適応がキャンセルされることを示した。さらに、運動による交感神経コリン作動性活性がin vivoで骨芽細胞系列細胞に伝わるかどうかを検討したところ、運動したマウスではChATで標識される骨芽前駆細胞が増殖し、骨芽前駆細胞や骨細胞でACh濃度が増加したが、IL-6阻害したマウスではいずれも観察されなかった。適度な運動は野生型マウスの骨梁幅を上昇させたが、Gfra2/マウスやIL-6阻害を行ったマウスではキャンセルされた。これらの結果は、IL-6が生後発育期のコリン作動性スイッチを駆動するだけでなく、身体活動に応じて骨格のコリン作動性調節を強化する役割を担っていることを示唆している。これらの結果から、コリン作動性神経と骨細胞の相互作用が、骨同化作用を通じて骨格形成とターンオーバーを制御していることが明らかになった。

    骨折治癒

    仮骨の老化細胞から分泌されるTGF-β1により老齢マウスの骨折治癒が阻害される

    原題:

    Age-associated callus senescent cells produce TGF-β1 that inhibits fracture healing in aged mice

    著者:

    Jiatong Liu, Jun Zhang, Xi Lin, Brendan F. Boyce, Hengwei Zhang and Lianping Xing

    雑誌:

    J. Clin. Invest., 132: e148073 (2022)

    POINT!

    骨折治癒の初期〜中期において、損傷部位の周囲に線維軟骨と硝子軟骨から成るsoft callus (軟仮骨)が形成される。この時、mesenchymal progenitor cells (MPCs)が仮骨に集積・増殖し、骨軟骨細胞へ分化することにより骨折治癒が進行する。この研究では、仮骨中の老化細胞がMPCsの増殖を阻害し、骨折治癒を遅延させることを明らかにした。まず、4ヶ月齢の若齢マウスと20ヶ月齢の老齢マウスの骨折モデルにおいて、仮骨中の老化マーカーの変化をqPCRおよび組織染色にて解析し、老齢マウスでは損傷後3~14日の老化マーカーの発現が有意に上昇していることを見出した。そこで、骨折モデルにおいてダサチニブおよびケルセチン投与により老化細胞を除去すると、老齢マウスの骨折治癒が促進された。また、老齢マウス仮骨の培養上清をcallus-derived MPCs (CaMPCs)に添加したところ、CaMPCsの増殖が抑制された。筆者らは仮骨中のSASP (senescence-associated secretory phenotype)に注目し、仮骨に含まれるSASPをqPCRにて測定したところ、老齢マウスの仮骨ではTgfb1Il1aCxcl1が高発現しており、仮骨の培養上清にTGF-β中和抗体を添加すると、CaMPCsの増殖が回復することも明らかになった。さらに、骨折モデルにおいて損傷後3~14日の仮骨ではTGF-β1が増加しており、TGF-β中和抗体の投与により骨折治癒が促進されることを見出した。これらの結果から、老齢マウスではcallus中の老化細胞から分泌されるTGF-β1により、MPCsの増殖が抑制されていると結論づけられた。老化細胞を標的としたsenolytic drugs (老化細胞死誘導薬)は以前から注目されているが、細胞除去ではなく細胞による効果を減弱する効果ももたらすことがわかった。特に本研究においては高齢者の骨折修復の新たな標的として、TGF-β1シグナルが有効である可能性が示された。

    石灰化パラドックス

    加齢骨基質由来細胞外小胞は石灰化パラドックスのメッセンジャーとして作用する

    原題:

    Aged bone matrix-derived extracellular vesicles as a messenger for calcification paradox.

    著者:

    Zhen-Xing Wang, Zhong-Wei Luo, Fu-Xing-Zi Li, Jia Cao, Shan-Shan Rao, Yi-Wei Liu, Yi-Yi Wang, Guo-Qiang Zhu, Jiang-Shan Gong, Jing-Tao Zou, Qiang Wang, Yi-Juan Tan, Yan Zhang, Yin Hu, You-You Li, Hao Yin, Xiao-Kai Wang, Ze-Hui He , Lu Ren, Zheng-Zhao Liu, Xiong-Ke Hu, Ling-Qing Yuan, Ran Xu, Chun-Yuan Chen, Hui Xie

    雑誌:

    Nat Commun.,13: 1453, doi: 10.1038/s41467-022-29191-x. (2022)

    POINT!

    骨髄間葉系幹細胞(BMSCs)の脂肪細胞分化は、加齢や更年期による骨髄の脂肪化や骨粗鬆症に寄与している。また、血管石灰化は骨粗鬆症に伴って発症することが多く、その病態形成機序には骨形成との類似点も多いことが指摘されている。このように、骨と血管とのあいだでミネラル化が相反する現象は「石灰化パラドックス」と呼ばれているが、その詳細なメカニズムは不明であった。著者らは、まず、高齢者および若年者から単離した骨基質由来細胞外小胞(B-EV)の性状解析や、Dmp1iCre ; Cd63em(loxp-mCherry-loxp-eGFP)3マウスの骨および血管組織の解析から、B-EVの大部分は骨細胞由来であり、骨基質から血管に輸送されることを明らかにした。次に、BMSCおよび血管平滑筋細胞(VSMC)に、若齢マウス骨基質由来EV (YB-EVs)または老齢マウス骨基質由来EV(AB-EVs)を添加したところ、AB-EVsがBMSCに対しては脂肪形成を促進させ、血管平滑筋細胞に対しては石灰化形成を促進させることを明らかにした。マウスモデルを用いたin vivo実験では、AB-EV投与により骨形成が低下し骨髄の脂肪化が促進すること、ビタミンD3誘導性の血管石灰化が増悪することが示された。また、骨吸収阻害剤であるアレンドロン酸(ALE)を投与すると、AB-EVsの放出が抑制され、加齢や卵巣摘出による骨形成の低下や骨髄の脂肪化が改善することが明らかとなった。ビタミンD3を投与した老齢マウスでも、ALE投与によって、卵巣摘出術による血管石灰化が改善した。さらに、miRNAの網羅解析および機能解析により、AB-EVに濃縮されたmiR-483-5pとmiR-2861が、BMSCの脂肪細胞分化の促進、血管平滑筋細胞の石灰化の増悪にそれぞれ必須であることが明らかになった。最後に、miR-483-5pあるいはmiR-2861を阻害したAB-EVsを若齢マウスに移植することで、miR-483-5pが骨形成の低下および骨髄の脂肪化を促進させること、miR-2861が血管石灰化の増悪に関与させることが明らかになった。以上より、AB-EVを介した石灰化パラドックスの新たなメカニズムが解明された。

    Small osteoblast vesicles (SOVs)

    骨芽細胞由来の細胞外小胞は骨形成期から骨吸収期への転換を誘導する

    原題:

    Osteoblast-derived vesicles induce a switch from bone-formation to bone-resorption in vivo.

    著者:

    Maki Uenaka, Erika Yamashita, Junichi Kikuta, Akito Morimoto, Tomoka Ao, Hiroki Mizuno, Masayuki Furuya, Tetsuo Hasegawa, Hiroyuki Tsukazaki, Takao Sudo, Keizo Nishikawa, Daisuke Okuzaki, Daisuke Motooka, Nobuyoshi Kosaka, Fuminori Sugihara, Thomas Boettger, Thomas Braun, Takahiro Ochiya, Masaru Ishii

    雑誌:

    Nat. Commun., 13:1066, doi: 10.1038/s41467-022-28673-2. (2022)

    POINT!

    骨のリモデリングは、骨を吸収する破骨細胞と骨を形成する骨芽細胞によって制御されている。骨吸収と骨形成は、断続的にカップリングを行うことで恒常性を保っている。骨吸収から骨形成への移行に関連する因子はこれまで報告されているが、骨形成期から骨吸収期へ転換する分子機序の全容は解明されていない。著者らは多光子顕微鏡を用いた高解像度の生体内イメージングを行うことにより、マウスの骨芽細胞はSOVs(small osteoblasts vesicles)と呼ばれる細胞外小胞を分泌し、取り込むことを発見した。In vitroにおける骨芽細胞のSOVs処理は骨芽細胞分化を抑制し、さらにRANKLの発現を増強することで、破骨細胞の分化を促進した。SOVsが骨芽細胞分化を抑制する機序を明らかにするために、筆者らは次世代miRNAシークエンス解析を行い、SOVsはmiR-143-3pを豊富に持つことを示した。さらにMC3T3E1細胞へのmiR-143-3pの移入は骨芽細胞の転写因子であるRunx2Sp7の発現を抑制した。また、著者らは公共データベース(TargetScan)を用いて解析することで、miR-143-3pの標的遺伝子として、Runx2Sp7の発現を制御しているCbfb(core-binding factor b)を同定した。以上のことから、SOVsを介した細胞間の相互作用は、骨代謝における骨形成期から骨吸収期への移行に影響を与える重要な因子と考えられる。

    アセチルコリン

    B細胞由来のアセチルコリンが定常状態および緊急事態の造血を制限する

    原題:

    B lymphocyte-derived acetylcholine limits steady-state and emergency hematopoiesis

    著者:

    Maximilian J. Schloss, Maarten Hulsmans, David Rohde I-Hsiu Lee, Nicolas Severe, Brody H. Foy, Fadi E. Pulous, Shuang Zhang, Konstantinos D. Kokkaliaris, Vanessa Froderman, Gabriel Courties, Chongbo Yang, Yoshiko Iwamoto, Anders Steen Knudsen, Cameron S. McAlpine, Masahiro Yamazoe, Stephen P. Schmidt, Gregory R. Wojtkiewicz, Gustavo Santos Masson, Karin Gustafsson, Diane Capen, Dennis Brown, John M. Higgins, David T. Scadden, Peter Libby, Filip K. Swirski, Kamila Naxerova and Matthias Nahrendorf

    雑誌:

    Nat Immunol. 23: 605-618. (2022)

    POINT!

    自律神経は、交感神経と副交感神経を介して生体の機能を調整している。骨髄では、交感神経(アドレナリン作動性)は造血を促進するが、副交感神経(アセチルコリン作動性)と造血の関わりは不明であった。筆者らは、B細胞が副交感神経系の神経伝達物質であるアセチルコリンの重要な供給源であり、造血を抑制することを明らかにした。まず、アセチルコリン合成酵素choline acetyltransferase (Chat)を持つ骨髄細胞を調べると、ほぼB細胞であった。そこでB細胞特異的にChatを欠損したCd19creChatfl/flマウスを解析すると、B細胞のアセチルコリン分泌量が低下するとともに、白血球造血が上昇していた。次に、アセチルコリン受容体cholinergicα7 nicotinic receptor (Chrna7)を発現している細胞をシングルセルRNA-seqで検索すると、leptin receptor+ (LepR+)間質細胞などであり、間質細胞特異的にChrna7を欠損させたNestincreChrna7fl/flマウスは、Cd19creChatfl/flマウスと同様の所見が見られた。すなわち、B細胞由来のアセチルコリンが間質細胞に作用して造血を抑制していることが示された。さらに、動脈硬化や心筋梗塞などの心血管系疾患モデルでも、Cd19creChatfl/flマウスでは病変部の炎症性骨髄細胞が増加していた。加えて、心筋梗塞患者のコホートでは、アセチルコリンエステラーゼ阻害剤であるドネペジル服用群で梗塞後の白血球の増加が少ないこと、またマウスの心筋梗塞モデルでも、アセチルコリンエステラーゼ阻害剤投与により炎症性骨髄細胞の増加が抑えられることから、アセチルコリンは定常時のみならず緊急時にも造血を抑制しており、このメカニズムの解明は新たな治療法につながりうると考えられた。

    キメラ抗原受容体

    CD4陽性CAR T細胞は白血病寛解者で長期に維持される

    原題:

    Decade-long leukaemia remissions with persistence of CD4+ CAR T cells

    著者:

    J. Joseph Melenhorst, Gregory M. Chen, Meng Wang, David L. Porter, Changya Chen, McKensie A. Collins, Peng Gao, Shovik Bandyopadhyay, Hongxing Sun, Ziran Zhao, Stefan Lundh, Iulian Pruteanu-Malinici, Christopher L. Nobles, Sayantan Maji, Noelle V. Frey, Saar I. Gill, Lifeng Tian, Irina Kulikovskaya, Minnal Gupta, David E. Ambrose, Megan M. Davis, Joseph A. Fraietta, Jennifer L. Brogdon, Regina M. Young, Anne Chew, Bruce L. Levine, Donald L. Siegel, Cécile Alanio, E. John Wherry, Frederic D. Bushman, Simon F. Lacey, Kai Tan & Carl H. June

    雑誌:

    Nature. 602: 503-509. (2022)

    POINT!

    キメラ抗原受容体(CAR)T細胞は、次世代のがん治療法として注目され、2010年に実施された第一相試験において慢性リンパ性白血病(CLL)患者に対し投与された。筆者らは、CAR T細胞治療を受け、寛解に至ったCLL患者2名を対象として、末梢血におけるCAR T細胞および免疫細胞の量的・質的変動を10年に渡り調査した。CAR T細胞の投与後3年目以降、B細胞はほとんど検出されなかった。CAR T細胞は生体内で10年間維持されていた。長期間維持されるCAR-T細胞の大部分は活性化CD4 T細胞であり、高い増殖能と細胞障害活性を持つことが示唆された。CAR T細胞移入後早期では、CD8陽性CAR T細胞だけでなく、CARを発現するγδT細胞の一過的な増殖が認められた。これらの予期しないCAR-T細胞集団の変遷と細胞特性から白血病の長期寛解に関する重要な示唆が与えられた。

    急性骨髄性白血病

    キヌレニンによる骨芽細胞のセロトニン受容体シグナルが急性骨髄性白血病を引き起こす

    原題:

    Subversion of serotonin-receptor signaling in osteoblasts by kynurenine drives Acute Myeloid Leukemia

    著者:

    Marta Galán-Díez, Florence Borot, Abdullah Mahmood Ali, Junfei Zhao, Eva Gil-Iturbe, Xiaochuan Shan, Na Luo, Yongfeng Liu, Xi-Ping Huang, Brygida Bisikirska, Rossella Labella, Irwin Kurland, Bryan L. Roth, Matthias Quick, Siddhartha Mukherjee, Raul Rabadán, Martin Carroll, Azra Raza, Stavroula Kousteni

    雑誌:

    Cancer Discov, doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-0692. (2022)

    POINT!

     腫瘍細胞による微小環境のリモデリングは、がんの成長を促進する経路を活性化する。著者らはこれまでの研究で、セロトニンシグナル阻害による骨芽細胞数の維持がマウス白血病モデルにおける生存期間を延長させることを示していた。本研究では、マウスモデルや患者由来細胞の異種移植、急性骨髄性白血病(AML)や骨髄異形成症候群(MDS)患者サンプルを用いて、AMLが末梢のセロトニンシグナルを利用して、骨内膜ニッチを有利に再構築していることを明らかにした。

     間歇PTH投与による骨芽細胞増殖促進ではマウスAMLモデルにおける致死率を改善させることができず、骨芽細胞数ではなくセロトニン受容体シグナルの重要性が明らかとなったことから、骨芽細胞で発現するセロトニン受容体HTR1Bに着目した。Htr1b–/–マウスや骨芽細胞特異的HTR1B欠損マウスではAMLモデルにおける病態進行が著明に改善した一方、選択的HTR1B受容体アンタゴニストSB224289投与では部分的な改善しかみとめられなかったことから、セロトニンとは異なるリガンドが骨芽細胞のHTR1B受容体に作用してAML進行に関わる可能性が示された。そこで著者らは、初代ヒト骨芽細胞とヒトAML細胞株の単独または共培養上清のメタボロームプロファイリングからキヌレニン(Kyn)を同定した。Kynはセロトニンと同様にトリプトファン(Trp)からIDO1などにより変換される。実際にMDSからAMLに進行した患者のそれぞれのステージおける骨髄中のKyn/Trp比や骨髄単核細胞でのIDO1発現はMDSからAMLへの疾患の重症度の進行に伴って上昇することが示された。また、KynはHTR1Bの部分アゴニストであり、HTR1Bシグナルを活性化できることも明らかにされた。さらに、白血病細胞においてIDO1を欠失させると、AMLモデルでの病態進行を著しく抑制し、血清Kynレベルを低下させ、生存期間を延長させた。さらに著者らは、AML細胞株と共培養したヒト初代骨芽細胞において単独培養と比較して発現が上昇した炎症性分子のうち、急性期タンパク質である血清アミロイドA1(SAA1)が、AML細胞株でのIDO1発現を上昇させることを同定した。Kyn刺激やAML細胞株共存培養はマウス骨芽細胞におけるSaa3(マウスSAA3はヒトSAA1のオルソログである)の発現を上昇させた一方、Htr1b–/–骨芽細胞ではSaa3発現を変化させなかったことから、AML細胞から分泌されるKynがHTR1B依存的に骨芽細胞のSAA発現を上昇させることが示された。さらに、NSGマウスに患者由来AML細胞を移植するモデルに対し、シタラビン(Ara-C)単独、IDO1選択的競合阻害剤エパカドスタット単独、両薬剤併用を3週間行った。治療開始後22日目の評価では、Ara-C単独もしくはエパカドスタット単独投与マウスでは病態が進行していたが、併用療法はAML細胞数を有意に減少させた。すなわち、IDO1阻害はこのモデルにおいてAra-Cに対する反応を増強することがわかった。

     以上の結果から、白血病細胞は骨芽細胞におけるセロトニンシグナルを操作し、Kyn-HTR1B-SAA-IDO1シグナルを利用して、自己増殖性の炎症性ニッチを誘導することが明らかとなった。この結果は、ニッチを標的としたAMLに対する治療法として、がん治療の新しい道を開くことが期待される。

    オステオカルシン

    胎生期のオステオカルシンシグナルがマウスの生涯における副腎ステロイド産生と恒常性を決定する

    原題:

    Embryonic osteocalcin signalling determines lifelong adrenal steroidogenesis and homeostasis in the mouse

    著者:

    Vijay K. Yadav, Julian M. Berger, Parminder Singh, Perumal Nagarajan, Gerard Karsenty

    雑誌:

    J Clin Invest, 132: e153752 (2021)

    POINT!

     グルココルチコイド(GC)は多様な臓器での遺伝子発現を制御することにより、多くの生理的プロセスに影響を与える生体恒常性の重要な調節因子である。オステオカルシンはGCによって転写抑制されることが知られており、GCが骨に与える影響はよく知られているが、骨が副腎機能を調節することは知られていなかった。本研究で著者らは、少なくともマウスとサルにおいて骨と副腎は骨から副腎へのフィードフォワード活性化と副腎から骨へのフィードバック阻害からなる古典的な内分泌系を構成し、オステオカルシンが副腎ステロイド産生を促進することを明らかにした。

     成体マウスやアカゲザルにオステオカルシンを投与すると、副腎皮質ホルモンの血中濃度が急速に上昇したことから、副腎における遺伝子発現を調べたところ、副腎ステロイド生成酵素だけでなく副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)受容体をコードするMc2rやアンジオテンシンII受容体遺伝子の発現が上昇し、オステオカルシンがACTHとアンジオテンシンのシグナル伝達を促進している可能性が示唆された。副腎におけるオステオカルシン受容体発現をqPCRやRNAscopeにより調べたところ、Gprc6aではなくGpr158が皮質全体に発現していることが示された。実際に、副腎皮質細胞を含むSf1発現細胞特異的Gpr158欠損(Gpr158Sf1–/–)マウスでは副腎皮質ホルモンレベルが低下しており、オステオカルシンを投与してもレスキューされなかった。一方、Ocn+/–母マウスから生まれたOcn–/–マウスはコントロールと比較して副腎皮質ホルモン値に変化はなかったが、Ocn–/–母マウスから生まれたOcn–/–マウスは、8、24、52のいずれの週齢でも副腎皮質ホルモン量が低く、副腎におけるステロイド生成酵素の発現が減少していた。さまざまな実験結果から、著者らは胎生期のオステオカルシンへの曝露が出生後の副腎皮質ホルモン産生に影響を与えることを明らかにした。さらに、成体では副腎のホルモンレベルが低下しただけでなく、副腎ステロイドによって制御されている生理的機能も同時に阻害されており、Gpr158Sf1–/–マウスやOcn–/–母マウスから生まれたOcn–/–マウスでは、血圧低下や血中K+濃度上昇が、逆に、血中低カルボキシル化オステオカルシン量が上昇する骨芽細胞特異的Esp欠損マウスでは血圧上昇と血中K+濃度低下が観察された。Gpr158Sf1–/–胚とOcn–/–母マウスのOcn–/–胚の副腎皮質では、細胞増殖の有意な低下や、E16.5での副腎重量低下、Sf1およびその標的遺伝子Cyp11b2Cyp11b1の発現低下が、逆に骨芽細胞特異的Esp欠損マウスでは副腎重量の上昇が確認された。以上の結果から、発生過程におけるオステオカルシンシグナルが副腎の成長に寄与し、その効果は成体期を通じて持続するとことがわかった。

     副腎皮質はACTHによって制御されていることから、著者らは、オステオカルシンが視床下部-下垂体-副腎系による制御とは無関係に副腎の発生とステロイド産生を制御する可能性を検討した。オステオカルシンを母マウスに投与したMc2r–/–胚の副腎はコントロールと比較してより大きく、出産時のMc2r–/–仔マウスの致死を部分的にレスキューできたことから、オステオカルシンがACTHシグナルとは無関係に、もしくはACTH受容体の下流で、副腎の発生と分化に対する機能を有していることが示唆された。以上から、骨由来のオステオカルシンが胎児の副腎の発生を調節するフィードフォワード活性化が明らかになった。

    ビスフォスフォネート

    窒素含有ビスフォスフォネートは肺に作用し、肺胞マクロファージにおけるメバロン酸経路を阻害する

    原題:

    Bisphosphonate drugs have actions in the lung and inhibit the mevalonate pathway in alveolar macrophages

    著者:

    Marcia A Munoz, Emma K Fletcher, Oliver P Skinner, Julie Jurczyluk, Esther Kristianto, Mark P Hodson, Shuting Sun, Frank H Ebetino, David R Croucher, Philip M Hansbro, Jacqueline R Center, Michael J Rogers

    雑誌:

    Elife, 10: e72430 (2021)

    POINT!

     ビスフォスフォネート系薬剤は骨を標的とし、骨吸収抑制薬として世界的に使用されている。窒素含有ビスフォスフォネートは破骨細胞のメバロン酸経路を阻害することで作用するが、これまでの研究で肺炎による死亡リスクも減少させることが示唆されていた。本研究で著者らは、蛍光標識したゾレドロン酸がin vivoで肺胞マクロファージや腹腔マクロファージに取り込まれることを明らかにした。さらに、マウスにゾレドロン酸を500 µg/kgで単回投与し48時間後に解析すると、肺胞マクロファージや腹腔マクロファージのメバロン酸経路が阻害され、メバロン酸経路代謝物の蓄積とタンパク質のプレニル化阻害が誘導されることがわかった。ゾレドロン酸の単回投与により、LPS刺激によって誘導される気管支肺胞液中のサイトカインとケモカイン産生量が上昇したが、著者らはタンパク質プレニル化の低下により、NLRP3インフラマソームの形成が促進されたことが原因であると考えている。以上の結果は窒素含有ビスフォスフォネートが骨にのみ作用するという長年の通説を覆し、肺における感染に対する免疫反応を高める可能性が示唆された。

    Rubicon

    骨芽細胞におけるオートファジーの活性化によるNOTCH細胞内ドメインの分解は、骨芽細胞の分化を促進し骨粗鬆症を軽減する

    原題:

    Degradation of the NOTCH intracellular domain by elevated autophagy in osteoblasts promotes osteoblast differentiation and alleviates osteoporosis

    著者:

    Gota Yoshida, Tsuyoshi Kawabata, Hyota Takamatsu, Shotaro Saita, Shuhei Nakamura, Keizo Nishikawa, Mari Fujiwara, Yusuke Enokidani, Tadashi Yamamuro, Keisuke Tabata, Maho Hamasaki, Masaru Ishii, Atsushi Kumanogoh, Tamotsu Yoshimori

    雑誌:

    Autophagy, doi: 10.1080/15548627, (2022)

    POINT!

    オートファジーは、細胞が持つ細胞内のたんぱく質を分解するための機構であり、生体内の恒常性維持に必須である。また、オートファジーは骨芽細胞や破骨細胞の分化や分泌を制御することで骨代謝に関わっており、この機能不全は骨代謝の破綻につながる可能性がある。しかし、オートファジーと骨関連疾患との関係は不明であった。筆者らは、オートファジーの抑制因子であるRubiconを骨芽細胞特異的に欠損させたマウス(rubcnflox/flox; Sp7/Osterix-Cre)を作製し、骨芽細胞におけるオートファジーの活性化が骨形成を促進することを見出した。rubcnflox/flox; Sp7/Osterix-Creマウスは大腿骨の海綿骨量が増加しており、骨粗鬆症モデルでは骨粗鬆症が改善した。この所見と一致して、骨芽細胞におけるRubiconの欠損は分化とミネラル化を促進し、Runx2Bglap/Osteocalcinといった骨芽細胞の機能に関わる重要な転写因子の発現は上昇した。さらに、骨芽細胞におけるRubiconの欠損により、NOTCH細胞内ドメイン(NICD)のオートファジー分解が促進し、骨芽細胞の分化を負に制御するNOTCHシグナル伝達経路が抑制されることがわかった。以上の知見から、RubiconやNICDのオートファジー分解を標的とした薬剤が、加齢に伴う骨粗鬆症や骨折に対する新規治療につながる可能性が示された。

    セプトクラスト

    間葉系ストロマ細胞由来セプトクラストは、発生期骨形成および骨折治癒時における軟骨吸収を担う

    原題:

    Mesenchymal stromal cell-derived septoclasts resorb cartilage during developmental ossification and fracture healing

    著者:

    Kishor K. Sivaraj, Paul-Georg Majev, Hyun-Woo Jeong, Backialakshmi Dharmalingam, Dagmar Zeuschner, Silke Schröder, M. Gabriele Bixel, Melanie Timmen, Richard Stange, Ralf H. Adams

    雑誌:

    Nat. Commun., 13: 571, (2022)

    POINT!

    骨の発生、リモデリング、そして骨折治癒時には、細胞の残骸および細胞外マトリックスが適切に除去される必要がある。骨基質の吸収は破骨細胞が担うが、軟骨基質の吸収を担う細胞種に関しては議論があり、統一した見解が得られていない。本論文で著者らは、間葉系ストロマ細胞に由来するfatty acid binding protein 5 (FABP5)陽性の「セプトクラスト」が、軟骨基質の分解と軟骨細胞の貪食に寄与する可能性を見出した。セプトクラストの存在は以前から形態学者らによって報告されていたが、著者らはFABP5陽性細胞のシングルセル解析をおこなうことで、はじめてセプトクラストの遺伝子発現情報を取得し、実体のある1つの細胞種として提示した。細胞系譜解析の結果から、セプトクラストは血球系でなく間葉系由来であることが示された。セプトクラストの分化には血管内皮細胞由来のNotchリガンドDelta-like 4 (DLL4)が必須であり、血管内皮特異的DLL4欠損マウスではセプトクラストの数が減少し、軟骨の吸収障害が生じた。セプトクラストの数は加齢に伴い減少したが、骨折時には血管新生に伴い再出現し、骨折治癒に寄与した。以上より、間葉系由来セプトクラストが、発生期骨形成および骨折治癒時に軟骨吸収を担う細胞種である可能性が示唆された。

    Auto-GVHD

    免疫回復途上の胸腺における髄質の再生不全は免疫寛容の喪失を引き起こし、レシピエントのauto-GVHD発症の引き金となる

    原題:

    Failures in thymus medulla regeneration during immune recovery cause tolerance loss and prime recipients for auto-GVHD

    著者:

    Abdullah S. Alawam, Emilie J. Cosway, Kieran D. James, Beth Lucas, Andrea Bacon, Sonia M. Parnell, Andrea J. White, William E. Jenkinson, Graham Anderson

    雑誌:

    J. Exp. Med., 219: e20211239, (2022)

    POINT!

    胸腺はT細胞の負の選択を介して免疫寛容に重要な役割を担う。骨髄移植ではHLA型が一致する場合でもauto-GVHDと呼ばれる自己免疫病態を呈することがある。そこで、auto-GVHDの病態に胸腺が果たす役割を調べるため、マウスの骨髄移植モデルを用いて、T細胞産生の回復と中枢性免疫寛容の回復をそれぞれ評価した。その結果、移植後の胸腺では、T細胞全体の産生は早期に回復する一方で制御性T細胞の産生は長期にわたって回復しないこと、T細胞の負の選択が阻害され、産生されたT細胞には自己反応性を示すものが存在することが判明した。さらに、骨髄移植は胸腺髄質上皮細胞(mTEC)および樹状細胞に長期的かつ深刻なダメージを与えることが明らかになった。移植後に産生されたT細胞の免疫寛容は必ずしも担保されないため、骨髄移植後のT細胞産生能力の回復と中枢性寛容の回復は別々に考察すべきである。以上より胸腺髄質の免疫回復期における重要性および骨髄移植後のauto-GVHD治療標的としての可能性が浮き彫りになった。

    宇宙貧血

    長期宇宙滞在における貧血には赤血球溶血が関与している

    原題:

    Hemolysis contributes to anemia during long-duration space flight

    著者:

    Guy Trudel, Nibras Shahin, Timothy Ramsay, Odette Laneuville, Hakim Louati

    雑誌:

    Nat Med, 28: 59-62, (2022)

    POINT!

    長期間宇宙に滞在した宇宙飛行士は「宇宙貧血」といわれる貧血を経験することが知られている。今後、宇宙産業の進展に伴って長期間宇宙に滞在する機会が増えると考えられ、滞在時に宇宙貧血に適切に対処する必要がある。しかしながら、宇宙貧血の詳細なメカニズムは明らかになっていない。そこで、宇宙貧血の本態に迫るべく、筆者らは国際宇宙ステーションに約6ヶ月間滞在した14人の宇宙飛行士から飛行前・宇宙滞在中・帰還後における呼気ならびに血液を採取し、解析した。その結果、ヘモグロビンの代謝産物である呼気中COおよび血清鉄の濃度が宇宙滞在中継続的に上昇していることが判明し、宇宙貧血の本態は溶血性貧血であることが明らかになった。また、興味深いことに帰還1年後においても、呼気中CO濃度が高い状態に維持されており、帰還後も溶血が遷延していることが判明した。この発見は、宇宙貧血の病態を明らかにするのみならず、寝たきり等の抗重力運動が減弱した患者における貧血の病態解明にも寄与する可能性がある。しかしながら、溶血が起きる解剖学的部位およびメカニズムは依然として明らかではなく、今後の解析が望まれる。

    腸内細菌叢

    腸内細菌叢が鉄代謝を介して骨髄内造血幹細胞の運命決定を制御する

    原題:

    The microbiota regulates hematopoietic stem cell fate decisions by controlling iron availability in bone marrow

    著者:

    Dachuan Zhang, Xin Gao, Huihui Li, Daniel K. Borger, Qiaozhi Wei, Eva Yang, Chunliang Xu, Sandra Pinho, Paul S. Frenette

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 29: 232-247, (2022)

    POINT!

    近年、腸内細菌叢と骨髄のクロストークが血液細胞の産生を制御していることが明らかになりつつある。しかし、腸内細菌叢が造血幹細胞へどのような影響を及ぼしているかは不明であった。本論文で著者らは、腸内細菌叢を欠損させたマウスの骨髄では、化学療法後の血液再構築時に造血幹細胞の自己複製が亢進し、血液細胞への分化が障害されていることを発見した。腸内細菌叢を欠くマウスの骨髄内の鉄量が減少していたため赤血球にGFPを発現させマクロファージによる貪食量を比較した。すると、腸内細菌叢欠損マウスでは骨髄マクロファージによる赤血球の貪食が障害されており、これによって鉄量が減少していることがわかった。そこで鉄欠乏食やCD169+マクロファージ除去実験により鉄量を低下させたところ、腸内細菌叢欠損マウスと同様に造血幹細胞の自己複製が亢進した。これにより血液再構築時には腸内細菌叢が鉄代謝を介して骨髄内造血幹細胞の自己複製や分化を制御することが明らかになった。本論文によって腸内細菌叢が造血幹細胞を制御する仕組みが新たに解明されただけでなく、腸内細菌叢と骨髄造血、マクロファージ、鉄代謝といった複雑なクロストークが骨髄環境を制御していることが明らかになった。

    CD169陽性マクロファージ

    リンパ節および脾臓に局在するCD169陽性マクロファージの分化にはRANKシグナリングとLTβRシグナリングの両者が必須である

    原題:

    CD169+ macrophages in lymph node and spleen critically depend on dual RANK and LTbetaR signaling

    著者:

    Abdouramane Camara, Alice C. Lavanant, Jun Abe, Henri Lee Desforges, Yannick O. Alexandre, Erika Girardi, Zinaida Igamberdieva, Kenichi Asano, Masato Tanaka, Thomas Hehlgans, Klaus Pfeffer, Sebastien Pfeffer, Scott N. Mueller, Jens V. Stein, Christopher G. Mueller

    雑誌:

    Proc Natl Acad Sci U S A, 18: e2108540119, (2022)

    POINT!

    CD169陽性マクロファージはリンパ節や脾臓に存在し病原体に対する免疫学的な防御に関係すると考えられている。筆者らは以前の報告でリンパ節の辺縁洞に局在するCD169陽性マクロファージ(Subcapsular sinusoidal macrophage: SSM)の分化には辺縁細網細胞(Marginal reticular cell: MRC)に発現しているRANKLが必須であることを示した(Camara, Immunity, 2019)。今回、筆者らはCd169-cre Ltbrfl/fl (Ltbr cKO)マウスを解析することでLTβRシグナリングもRANKシグナリング同様にSSMの分化に必須であることを示した。さらに脾臓の辺縁帯に局在するCD169陽性マクロファージであるMarginal metallophilic macrophage (MMM)もリンパ節のSSMと同様にRANKシグナルとLTβRシグナルの両者が分化に必須であることを証明した。筆者らはRANKL reporter mouseを新たに作製し、Ltbr cKOを解析することで、MMMの分化には脾臓のMRCに発現しているRANKLが必須であることを示した。さらにLtbr cKOにおけるMMMの消失はウイルス特異的CD8T細胞の増加を阻害することを確認した。これらの結果により生体では免疫応答が必要な部位に適切にCD169陽性マクロファージが局在するよう、厳密な制御機構が働いていることが示唆された。

    強直性脊椎炎

    強直性脊椎炎における骨癒合を予防するための軟骨細胞への着目

    原題:

    Targeting chondrocytes for arresting bony fusion in ankylosing spondylitis

    著者:

    Fenli Shao, Qianqian Liu, Yuyu Zhu, Zhidan Fan, Wenjun Chen, Shijia Liu, Xiaohui Li, Wenjie Guo, Gen-Sheng Feng, Haiguo Yu, Qiang Xu & Yang Sun

    雑誌:

    Nat. Commun., 12:6540 (2021)

    POINT!

    強直性脊椎炎(Ankylosing spondylitis: AS)は主に軸骨格に影響する血清反応陰性の慢性関節炎である。異所性骨形成による骨癒合はASに特徴的であるが機序については不明であった。Ptpn11遺伝子にコードされているSHP2はユビキタスに発現しており、細胞の生存、増殖、分化を制御する。軟骨前駆細胞のSHP2を欠損させるとIndian hedgehogと Parathyroid hormone-related proteinの発現が上昇し、メタコンドロマトーシス(多発性の内軟骨腫と骨軟骨腫)が誘導されることが報告されていた。筆者らは偶然にCD4-Cre;Ptpn11f/f (CD4-CKO)の成体マウスで後弯症、関節炎、および骨癒合といったASの病態生理学的特徴を示すことを発見した。このCD4-CKOマウスでは組織学的に成長板軟骨層の肥厚が確認された。CD4細胞はヘルパーT細胞の膜タンパクとして知られているため、当初はT細胞の機能異常がAS様症状を誘導していると考えられていたが、CD4-CKOマウス由来T細胞移入実験やLck-Cre; Ptpn11f/fではAS様症状が再現されなかった。一方で野生型マウスの骨髄をCD4-CKOマウスに移入することで、AS様症状を示したことから、免疫系細胞の関与は否定的となった。次に筆者らは成体マウスでは成長板軟骨の前肥大・肥大軟骨細胞層においてCD4の発現があること、CD4-CKOマウスの前肥大・肥大軟骨細胞ではSHP2が欠損していることを免疫組織学的に証明した。さらにSHP2を欠損した軟骨細胞は増殖と分化が誘導されることで成長板軟骨層が増大することを示した。同様の現象は付着部炎関連関節炎の若年患者でも成長板軟骨層の肥厚として確認された。これらのことから成長板軟骨細胞の異常がASの進展に関係していることが示唆された。次に筆者らはSHP2-knockdownの培養軟骨細胞ではBMP6の発現が上昇していること、その培養上清はマウス骨髄間葉系幹細胞(Mouse bone mesenchymal stem cells: mBMSC)のSmad1/5のリン酸化を誘導することを示した。さらにSHP2-knockdownの培養軟骨細胞とmBMSCの共存培養では骨芽細胞分化が促進されることを示した。以上よりCD4-CKOマウスの成長板軟骨細胞は、BMP6/pSmad1/5 signalingを介して異所性骨形成を促進していることが示唆された。最後にHedgehog signaling阻害剤であるソニデギブの投与によって成長板軟骨を減少させるとCD4-CKOマウスのAS様症状が抑制されることを示した。これらの結果はソニデギブがASの有望な治療選択となる可能性を示唆している。

    骨折治癒

    損傷した脳は骨芽前駆細胞を標的とする小型細胞外小胞を放出することを介し骨折治癒を促進する

    原題:

    Damaged brain accelerates bone healing by releasing small extracellular vesicles that target osteoprogenitors

    著者:

    Wei Xia, Jing Xie, Zhiqing Cai, Xuhua Liu, Jing Wen, Zhong-Kai Cui, Run Zhao, Xiaomei Zhou, Jiahui Chen, Xinru Mao, Zhengtao Gu, Zhimin Zou, Zhipeng Zou, Yue Zhang, Ming Zhao, Maegele Mac, Qiancheng Song, Xiaochun Bai

    雑誌:

    Nat. Commun., 12:6043 (2021)

    POINT!

    外傷性脳損傷(traumatic brain injury, TBI)は、交通事故、転倒などでよく見られ、しばしば体の骨折が伴う。TBIを合併した骨折患者は、単純な骨折の患者よりも骨折の治癒時間が短いことが知られているが、そのメカニズムは不明である。著者らは、TBI患者の臨床検体とTBI骨折ラットモデルの血漿を調べたところ、小型細胞外小胞(small extracellular vesicles, sEV)が顕著に増加したことを見出した。sEVに対しmiRNA-seqを行い、骨形成を促進するmiR-328a-3pやmiR-150-5pが高発現していることがわかった。In vitroで骨髄間葉系幹細胞(BMSC)とマウス頭蓋冠由来細胞(MC3T3-E1)にmiR-328a-3pやmiR-150-5pを発現させたところ、骨芽細胞分化が促進された。さらに、sEVのプロテオミクス解析を行った結果、神経損傷と関連するA2Mタンパク質が増加したことから、TBI患者及びTBI骨折ラットモデルの血漿中で増加したsEVsは損傷した神経に由来することが示唆された。また、sEVの膜タンパク質fibronectin 1 (FN1)を阻害すると、sEVの骨折部位における集積が抑制されたことから、FN1はsEVを骨折部位へ遊走させる重要な因子であることが示唆された。最後に、miR-328a-3pを含むヒドロゲルをラットの骨折部位に移植した結果、骨折治癒が促進された。以上から、神経損傷による誘発されたsEVが骨折の早期治癒に寄与することがわかった。

    Physioxia

    破骨細胞はDNAの脱メチル化を介して生理的環境下の酸素分圧の変化に適応する

    原題:

    Osteoclasts adapt to physioxia perturbation through DNA demethylation

    著者:

    Keizo Nishikawa, Shigeto Seno, Toshitada Yoshihara, Ayako Narazaki, Yuki Sugiura, Reito Shimizu, Junichi Kikuta, Reiko Sakaguchi, Norio Suzuki, Norihiko Takeda, Hiroaki Semba, Masamichi Yamamoto, Daisuke Okuzaki, Daisuke Motooka, Yasuhiro Kobayashi, Makoto Suematsu, Haruhiko Koseki, Hideo Matsuda, Masayuki Yamamoto, Seiji Tobita, Yasuo Mori, Masaru Ishii

    雑誌:

    EMBO Rep. 22: e53035 (2021)

    POINT!

    酸素は生命の営みにとって多様かつ重要な役割を果たしている。しかし、生体内の酸素分圧の定量化は困難であり、生理的環境下での酸素分圧(physioxia)の範囲や、酸素分圧の変動に対する各細胞の応答は明らかになっていない。そこで、筆者らは2光子励起顕微鏡を活用し、生体マウスの骨組織に存在する破骨細胞のphysioxiaの計測に成功した。生体の破骨細胞のphysioxiaは17.4〜36.4 mmHgであり、これはそれぞれ2〜5%の酸素濃度に対応している。この生理的な範囲内では、酸素濃度の低下によって破骨細胞の形成が阻害され、骨量が増加した。さらに、この機構は低酸素誘導因子のHIFからは独立しており、低酸素によってメチル化DNAの酸化反応を担う酵素Ten-eleven translocation (TET)の活性が低下することにより制御されていることがわかった。以上のことから、骨は他の組織とは異なる代謝経路で酸素分圧の変化に対応していることが判明した。本研究のように生体内の分子の濃度から生体の仕組みを理解することで、生体の恒常性の乱れや疾患発症を予測する医療技術の開発につながることが期待される。

    Dnmt3a

    Dnmt3a-mutated clonal hematopoiesis promotes osteoporosis

    原題:

    Dnmt3a-mutated clonal hematopoiesis promotes osteoporosis

    著者:

    Peter Geon Kim, Abhishek Niroula, Veronica Shkolnik, Marie McConkey, Amy E Lin, Mikołaj Słabicki, John P Kemp, Alexander Bick, Christopher J Gibson, Gabriel Griffin, Aswin Sekar, Daniel J Brooks, Waihay J Wong, Drew N Cohen, Md Mesbah Uddin, Wesley J Shin, James Pirruccello, Jonathan M Tsai, Mridul Agrawal, Douglas P Kiel, Mary L Bouxsein, J Brent Richards, David M Evans, Marc N Wein, Julia F Charles, Siddhartha Jaiswal, Pradeep Natarajan, Benjamin L Ebert

    雑誌:

    J. Exp. Med. 218: e20211872 (2021)

    POINT!

    骨粗鬆症は、破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成のバランスの破綻により起こる加齢性疾患である。骨粗鬆症の病態には、造血細胞を含む骨髄の微小環境が関与する。加齢による遺伝子変異を伴うクローン造血はあるものの血液学的異常が認められないクローン性造血CHIP(clonal hematopoiesis of indeterminate potential)は、体細胞の突然変異に起因する。CHIPは高齢者において頻度が高く、造血器腫瘍のリスクとして知られている。筆者らは、UKバイオバンクにおけるコホートデータベースを解析することで、CHIPが骨粗鬆症における発症率の増加と骨密度の低下に関連していることを示した。CHIPで最も多く変異するDnmt3aを造血特異的に欠損したマウス(Dnmt3afl/flVav1-Creマウス)では、破骨細胞数が増加し、骨量が低下していた。Dnmt3afl/flVav1-Creマウスの血清を野生型マウスと比較すると、IL-20の発現量が高く、Dnmt3aが欠損した破骨細胞におけるゲノムワイドCRISPRスクリーニングでは、IL-20受容体の破骨細胞分化への関与が示された。さらにDnmt3aの変異における破骨細胞の形成は、Irf3-NF-kBのシグナルを介したマクロファージが発現するIL-20により誘導された。骨粗鬆症薬であるアレンドロネートやIL-20阻害は、Dnmt3aの変異により誘導された破骨細胞形成を抑制した。以上より、造血系におけるDnmt3aの変異は骨粗鬆症を引き起こすことが明らかになった。

    DCIR (Dendritic cell immunoreceptor)

    DCIRとそのリガンドであるアシアロ二本鎖N結合型糖鎖は樹上細胞の機能と破骨細胞分化を制御する

    原題:

    DCIR and its ligand asialo-biantennary N-glycan regulate DC function and osteoclastogenesis.

    著者:

    Kaifu T, Yabe R, Maruhashi T, Chung SH, Tateno H, Fujikado N, Hirabayashi J, Iwakura Y.

    雑誌:

    J. Exp. Med., 218: e20210435. (2021)

    POINT!

    Dendritic cell immunoreceptor(DCIR)は糖鎖認識部位と免疫受容抑制性チロシンモチーフを持つC型レクチン受容体である。著者らのグループは、Dcir–/–マウスが自己免疫腱付着部炎と唾液腺炎を自然発症することを以前に報告している。本研究では、DCIRが破骨細胞と樹状細胞で発現しており、アシアロ二本鎖N結合型糖鎖(NA2)に結合することを報告している。Dcir–/–細胞では破骨細胞分化が亢進しており、NA2は野生型破骨細胞分化を阻害することがわかった。シアル酸残基を加水分解できるノイラミニダーゼを作用させることで二本鎖N結合型糖鎖のアシアロ化を誘導すると、in vitroにおいて破骨細胞分化を抑制し、樹状細胞の抗原提示機能を抑制することができた。マウスにノイラミニダーゼを投与すると、コラーゲン誘導性関節炎や多発性硬化症モデルである実験的自己免疫性脳脊髄炎症状がDCIR依存性に軽減された。これらの結果はDCIR活性が二本鎖N結合型糖鎖のシアル酸修飾によって調節されていることを明らかにし、自己免疫疾患や骨疾患において、DCIRあるいはNA2が新規治療標的となることが期待される。

    骨髄微小環境

    がん細胞による骨髄血管微小環境リモデリングが骨転移を促進する

    原題:

    Mammary tumour cells remodel the bone marrow vascular microenvironment to support metastasis

    著者:

    Raymond K H Yip, Joel S Rimes, Bianca D Capaldo, Francois Vaillant, Kellie A Mouchemore, Bhupinder Pal, Yunshun Chen, Elliot Surgenor, Andrew J Murphy, Robin L Anderson, Gordon K Smyth, Geoffrey J Lindeman, Edwin D Hawkins, Jane E Visvader

    雑誌:

    Nat. Commun., 12:6920 (2021)

    POINT!

    原発巣から播種された腫瘍細胞(disseminated tumor cells; DTCs)は骨髄に到達後、骨髄ニッチに生着し長期生存することが過去に報告されているが、その正確な位置やメカニズムは明らかになっていなかった。著者らは、骨髄の厚切り切片を免疫染色し3D再構成する技術を用いて、骨転移初期におけるDTCsの分布および増大に伴う血管微小環境の変化を観察した。乳腺への同所性移植により自然に骨転移する乳がん細胞株4T1.2をBALB/cマウスに移植し、原発巣切除後3週のマウス骨髄を観察したところ、DTCsが骨髄のType H vesselsの近傍に局在していることがわかった。さらに進行した骨転移巣では、血管が曲がりくねり、血管内皮細胞の突起 (vascular sprout)が多い構造をしていた。著者らは骨転移巣の血管内皮細胞に注目し、骨転移巣および転移のない骨髄の血管内皮細胞における遺伝子発現を調べたところ、骨転移巣の血管内皮細胞では血管新生や免疫細胞の遊走に関連する遺伝子が高発現していた。また、がん細胞の既存のデータから、骨転移の頻度が高い4T1, 4T1.2細胞株では骨転移の頻度が低い67NR, 66cl4細胞株と比較してCsf3 (G-CSF)の発現量が高いことがわかった。そこで、G-CSFの発現量が低い乳がん細胞株であるEMT6.5にG-CSFを過剰発現させたところ、G-CSFの過剰発現により骨転移巣が増大し、vascular sproutが増加した。さらに、G-CSFによる血管再構成における血球系細胞の寄与を調べるため、リンパ球、好中球、マクロファージ除去モデルを用いた検討を行ったが、骨転移巣の増大やvascular sprout形成に影響はなかった。最後に、G-CSFの阻害が骨転移の新規治療標的となる可能性を考え、4T1.2の骨転移モデルにおいてanti-G-CSFRの投与実験を行った。その結果、転移早期にanti-G-CSFR投与すると、骨転移は有意に抑制され、vascular sproutの形成が阻害された。以上により、DTCs由来のG-CSFが血球系細胞とは独立したメカニズムにより血管をリモデリングし、骨転移の増大に有利な血管微小環境を構築していることが明らかになった。

    Piezo1

    メカノセンサーのPiezo1は矯正学的歯の移動を制御する

    原題:

    Mechanosensitive Piezo1 in Periodontal Ligament Cells Promotes Alveolar Bone Remodeling During Orthodontic Tooth Movement

    著者:

    Yukun Jiang, Yuzhe Guan, Yuanchen Lan, Shuo Chen, Tiancheng Li, Shujuan Zou, Zhiai Hu and Qingsong Ye

    雑誌:

    Front. Physiol., 12:767136 (2021)

    POINT!

    矯正学的歯の移動は、メカニカルストレスによる骨リモデリングの一例として知られている。矯正力は、歯根と歯槽骨を繋ぎ留める結合組織、歯根膜を介して歯槽骨へ伝達され骨リモデリングを誘導し歯の移動を引き起こす。歯根膜は力の伝達に重要である他、近年では矯正力に応答してサイトカインの分泌などを行い、歯の移動に関わっていると考えられている。著者らは、メカノセンサーの一つ、Piezo1が矯正学的歯の移動に関わると仮定した。矯正学的歯の移動モデルラットの免疫組織学的解析から、Piezo1が牽引側 (歯が移動するのと逆側) の歯根膜で発現することを見出した。Piezo1阻害剤の腹腔内投与により全身的にPiezo1を不活性化し、矯正モデルを実施したところ、歯の移動が抑制された。組織学的には、牽引側における骨形成と骨吸収が抑制されていた。以上より、Piezo1を介した力学刺激は歯の移動に影響することが明らかになった。なお、Piezo1は骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞など他の様々な細胞で発現しており、阻害剤の全身投与ではタイトルにあるような「歯根膜のPiezoシグナルによる骨リモデリング制御」の証明とならないことには留意されたい。また、多くのデータがパラフィン切片の免疫組織染色法に基づいているが、歯根膜が非特異的に抗体を結合しやすいことは多くの研究者が認めるところである。矯正力が歯槽骨リモデリングを誘導するメカニズムを解明するためには、より詳細な検討が必要である。

    骨形成不全症

    WNT1G177C変異は骨組織を標的とし骨形成不全症XV型を引き起こす

    原題:

    The WNT1G177C mutation specifically affects skeletal integrity

    著者:

    Nele Vollersen, Wenbo Zhao, Tim Rolvien, Fabiola Lange1, Felix Nikolai Schmidt, Stephan Sonntag, Doron Shmerling, Simon von Kroge, Kilian Elia Stockhausen, Ahmed Sharaf, Michaela Schweizer, Meliha Karsak, Björn Busse, Ernesto Bockamp, Oliver Semler, Michael Amling, Ralf Oheim, Thorsten Schinke and Timur Alexander Yorgan

    雑誌:

    Bone Res., 9:48 (2021)

    POINT!

    骨形成不全症 (OI) には21の類型があり、主にコラーゲン合成系に関わる遺伝子の変異が報告されている。15型のOI (OI-XV) 患者においては、WNT1G177C変異が報告されている。In silico解析から、この変異によりWNT1の安定性が損なわれることが予想されていた。WNT1G177Cを強制発現させたST2細胞では、野生型WNT1発現細胞とは異なり骨芽細胞分化の促進効果が認められず、この変異が機能喪失型の変異であることがわかった。そこで、この変異を有する遺伝子改変マウスを作出したところ、このマウスでは高頻度の骨折を認めた。椎骨の骨形態計測法による解析の結果、海綿骨と皮質骨の両方でWNT1G177Cマウスにおける骨形成の低下に伴う骨量減少を認めた。OI-XV患者にはビスホスホネート製剤が奏功しないことから、他の治療オプションが望まれている。PTH投与はWNT1G177Cマウスに対して治療効果を発揮したが、副作用の問題から小児への投与や長期投与は推奨されない。WNT受容体LRP5の変異体でスクレロスチンに対する親和性の低いもの (LRP5A213V) を利用した治療を着想し、WNT1G177CLRP5A213Vの両方の変異を有するマウスを作出したところ、WNT1G177Cマウスと比べて骨のパラメーターが改善した。このことから、LRP5はOI-XV治療の標的となると考えられた。

    IL-33

    IL-33はILC2を増やすことにより子宮内膜症発症を誘導する

    原題:

    IL-33 activates group 2 innate lymphoid cell expansion and modulates endometriosis

    著者:

    Jessica E. Miller, Harshavardhan Lingegowda, Lindsey K. Symons, Olga Bougie, Steven L. Young, Bruce A. Lessey, Madhuri Koti, and Chandrakant Tayade

    雑誌:

    JCI Insight. 6(23): e149699 (2021)

    POINT!

    子宮内膜症は、子宮内膜様の組織が異所性に発育する疾患であり、罹患率の高さや悪性転化率の高さから、臨床的にも社会的にも問題となっている。子宮内膜症病変部ではtype IIの免疫細胞の増加が認められることから、病態形成への関与が指摘されていた。著者らは過去にtype II炎症反応に重要なIL-33が腹腔液や子宮内膜症病変部に多いことを見出した。Type II innate lymphoid cell (ILC2) はIL-33により活性化される比較的新しい免疫細胞で、子宮内膜症への関与は不明であった。本研究において、著者らは子宮内膜症患者の腹腔液中にILC2 (CD45+LinCD127+CD294+ST2+細胞) を見いだした。病変部の解析から、IL-33は上皮細胞と間質細胞で発現することが確認された。野生型マウスに対するIL-33投与は腹腔液におけるtype IIサイトカイン産生や、好酸球とILC2の割合を増加させた。さらに、細胞増殖の促進、血管新生に関わる遺伝子の発現上昇、神経の増加、線維化の亢進が認められた。ILC2がIL-33の標的となりうるかを、Rag2–/–Il2rg–/–マウスと抗CD90.2抗体を投与したRag2–/–マウスを用いて検討したところ、これらのマウスはコントロールのRag2-/–マウスと比較してIL-33誘導性の炎症反応が認められず、免疫細胞の浸潤も低下していた。さらに、細胞増殖と線維化も抑制された。以上より、子宮内膜症におけるIL-33誘導性の病態形成へのILC2の関与が示された。

    骨細胞分化

    Sp7とその標的遺伝子osteocrinによる骨細胞樹状突起形成の制御

    原題:

    Control of osteocyte dendrite formation by Sp7 and its target gene osteocrin

    著者:

    Jialiang S. Wang, Tushar Kamath, Courtney M. Mazur, Fatemeh Mirzamohammadi, Daniel Rotter, Hironori Hojo, Christian D. Castro, Nicha Tokavanich, Rushi Patel, Nicolas Govea, Tetsuya Enishi, Yunshu Wu, Janaina da Silva Martins, Michael Bruce, Daniel J. Brooks, Mary L. Bouxsein, Danielle Tokarz, Charles P. Lin, Abdul Abdul, Evan Z. Macosko, Melissa Fiscaletti, Craig F. Munns, Pearl Ryder, Maria Kost-Alimova, Patrick Byrne, Beth Cimini, Makoto Fujiwara, Henry M. Kronenberg & Marc N. Wein

    雑誌:

    Nat Commun, 12, 6271 (2021)

    POINT!

    骨芽細胞は骨基質内に埋め込まれて樹状突起を有する骨細胞に分化するが、この過程の分子機構は十分に理解されてはいなかった。本研究で著者らは、Dmp1-CreによりSp7(Osterix遺伝子)を欠損させると、皮質骨の多孔化、骨塩量の低下、皮質骨内の異常な骨リモデリングに加え、骨細胞のアポトーシス増加と樹状突起の異常が誘導されることを明らかにした。Sp7ノックダウンおよび過剰発現Ocy454細胞のRNA-seq解析やSp7のChIP-seq解析により、骨細胞特異的なSp7標的遺伝子は骨芽細胞特異的標的遺伝子とは異なり、Dlxファミリー転写因子ではなくAP1ファミリー転写因子が結合する細胞突起形成や神経細胞の発生に関連する遺伝子が濃縮されていることが示された。また、RNA-seqとChIP-seq解析で共通して同定された77の骨細胞特異的Sp7標的遺伝子のうち、著者らは分泌型タンパク質をコードするOstn(Osteocrin遺伝子)に着目した。Ostnの強制発現はin vitroでもin vivoでもSp7欠損による骨細胞の樹状突起の異常をレスキューし、in vivoでは骨細胞のアポトーシスや皮質骨多孔化なども抑制したことから、骨細胞の樹状突起形成/維持を促進する分泌因子であることが明らかになった。さらに、著者らはDmp1-Cre; Ai14マウスを用い、酵素消化により骨基質から骨細胞を回収してソーティングし、シングルセルRNA-seq解析を行うことで骨細胞分化過程の詳しい細胞集団を調べた。その結果、8つのポピュレーションとそれらに特徴的な遺伝子が同定され、擬時間解析による分化経路推定により骨芽細胞から成熟骨細胞へは2つの経路を介する可能性が示された。Sp7欠損マウスで同様の解析を行ったところ、分化途中クラスターのうち、片側の経路の相対的割合が増加し成熟骨細胞クラスターが減少していたことから、Sp7非存在下ではこの分化プロセスに欠陥があることが明らかにされた。また、ヒトにおける骨細胞SP7の役割を調べたところ、SP7依存的な骨細胞遺伝子ネットワークはヒトの骨格系疾患と関連しており、骨形成不全症を示すSP7R316C変異を持つヒトの骨細胞は樹状突起の長さと数が減少していることを示した。以上の結果から、Sp7は骨細胞分化過程で細胞の形態形成を促進する中心的な役割を担っていることが明らかになった。

    clusterin

    エクササイズ血漿はclusterinを介して記憶力を増強し脳の炎症を抑える

    原題:

    Exercise plasma boosts memory and dampens brain inflammation via clusterin

    著者:

    Zurine De Miguel, Nathalie Khoury, Michael J. Betley, Benoit Lehallier, Drew Willoughby, Niclas Olsson, Andrew C. Yang, Oliver Hahn, Nannan Lu, Ryan T. Vest, Liana N. Bonanno, Lakshmi Yerra, Lichao Zhang, Nay Lui Saw, J. Kaci Fairchild, Davis Lee, Hui Zhang, Patrick L. McAlpine, Kévin Contrepois, Mehrdad Shamloo, Joshua E. Elias, Thomas A. Rando & Tony Wyss-Coray

    雑誌:

    Nature, 600, 494–499 (2021)

    POINT!

    エクササイズは一般的に、ヒトや動物の健康のあらゆる側面に有益であり、認知機能の老化や神経変性を遅らせることが知られている。運動による認知機能の向上は、海馬内の可塑性の増加や炎症の抑制と関連しているが、これらの効果に関わる因子やメカニズムについてはほとんど分かっていなかった。本研究で著者らは、28日間自発的にランニングホイールで走る環境で過ごしたマウスから採取した血漿を通常のマウスに投与すると、通常マウス血漿と比較して海馬の神経増殖を促進し、文脈的学習・記憶および空間的学習・記憶を高めることを明らかにした。海馬のRNA-seq解析から、エクササイズ血漿の投与により学習・記憶に関わる遺伝子に加え、神経炎症性遺伝子発現が低下し、LPS投与により実験的に誘導した脳内炎症モデルマウスの炎症が軽減することが示された。血漿プロテオーム解析の結果、エクササイズにより特に凝固系や補体系が変化しており、この解析で同定されたエクササイズにより誘導される血中分子の上位4つをそれぞれ抗体により除去することで比較したところ、補体カスケード抑制因子clusterin(CLU)がエクササイズ血漿による抗炎症作用に関わる主な因子であることが明らかにされた。CLUは主に肝細胞や心筋細胞で発現しており、リコンビナントCLUを投与すると脳血管内皮細胞に結合し急性脳炎モデルおよびアルツハイマー病モデルマウスにおける神経炎症性遺伝子発現を低下させることが確認された。さらに、マウスで得られた結果と同様に、認知機能障害患者でも6ヶ月間の運動で介入前と比較してCLUを含む補体系や凝固系因子の血漿中濃度が変化した。これらの知見は、運動によって誘導され、脳血管系を標的とする投与可能な抗炎症性の因子が、エクササイズを行うヒトに存在することを示している。

    組織マクロファージ

    マウス造血組織から調整した単一細胞の解析では組織常在マクロファージの分離時に生じるフラグメンテーションが解析の障害になる

    原題:

    Fragmentation of tissue-resident macrophages during isolation confounds analysis of single-cell preparations from mouse hematopoietic tissues

    著者:

    Susan M. Millard, Ostyn Heng, Khatora S. Opperman, Anuj Sehgal, Katharine M. Irvine, Simranpreet Kaur, Cheyenne J. Sandrock, Andy C. Wu, Graham W. Magor, Lena Batoon, Andrew C. Perkins, Jacqueline E. Noll, Andrew C.W. Zannettino, David P. Sester, Jean-Pierre Levesque, David A. Hume, Liza J. Raggatt, Kim M. Summers, and Allison R. Pettit

    雑誌:

    Cell Rep, 37, 110058 (2021)

    POINT!

    組織にはマクロファージが豊富に存在し、組織の発生、恒常性維持、再生、病態形成などに関与している。多くの組織常在マクロファージ集団は、単離されex vivoでプロファイリングされているが、その収量はin situでの存在量に比べて低いことが多く、in vivoに存在する多様なマクロファージが網羅的にサンプリングされているかは不明であった。骨髄などの組織常在マクロファージを同定するために一般的に使用されているフローサイトメトリーでは、骨髄内にF4/80を発現する多くの細胞が存在し、これらの約3分の1は組織常在マクロファージマーカーCD169と成熟マーカーVCAM-1を発現している。しかし、骨髄F4/80+CD169+VCAM-1+細胞のイメージングサイトメトリー解析では、CD11bの染色パターンが細胞膜全体に均一に分布しているのに対し、F4/80、CD169、VCAM-1の染色パターンは点状でそれぞれ重複して分布し、明視野画像で明らかな細胞境界を超えて存在していた。Csf1r-EGFPやSiglec1Cre; R26ZsGreenマウスから採取した細胞をLineage markerでネガティブセレクションして得られた推定マクロファージでも、F4/80は極性化した点状の染色パターンを示し、多くのGFPやZsGreenはF4/80と共局在して点状の蛍光を示し、インタクトなマクロファージは存在しなかった。これらの結果は、従来のフローサイトメトリーでは組織常在マクロファージと解釈される細胞が、細胞調製中に破壊されたマクロファージ断片をまとった非マクロファージ細胞であることを示唆している。さらに、マクロファージ残骸は、骨髄や脾臓の赤芽球、B細胞、T細胞、好中球などの成熟した造血系細胞と結合しており、その結合プロファイルはin vivoでのマクロファージと他の細胞との相互作用を反映していた。また、Siglec1DTR/+マウスを用いてCD169+マクロファージをin vivoで除去すると、F4/80+残骸の付着が解消されることや、マクロファージ残骸には細胞質だけでなくマクロファージのmRNAが含まれ、造血幹前駆細胞を含む非マクロファージ細胞で誤って検出されてしまうことも示された。Csf1r-EGFPマウス骨髄細胞を従来の方法で選別したマクロファージとされる集団のRNA-seq解析では、単球/マクロファージではなく顆粒球に特徴的な遺伝子が濃縮されており、一般に公開されているデータセットでも、マクロファージの断片化により造血組織のRNA-seq解析やシングルセル解析においてマクロファージ残骸由来のmRNAが他の細胞に誤って帰属しており、このことは一般的な現象であることが明らかにされた。造血組織マクロファージの断片化は、ex vivoにおけるマクロファージの分子プロファイリングの正確性を損なうことから、十分な注意が必要であることが示された。

  • 骨-血管連関

    骨から分泌されたPDGF-BBが動脈壁硬化を促進する

    原題:

    Skeleton-secreted PDGF-BB mediates arterial stiffening

    著者:

    Lakshmi Santhanam, Guanqiao Liu, Sandeep Jandu, Weiping Su, Bulouere P. Wodu, William Savage, Alan Poe, Xiaonan Liu, Lacy M. Alexander, Xu Cao, and Mei Wan

    雑誌:

    J Clin Invest., DOI: 10.1172 (2021)

    POINT!

    骨粗鬆症と心血管疾患との関連性は様々な研究により明らかになっているが,その詳しい分子メカニズムは未だ不明である。本研究は、骨構成細胞から分泌される血小板由来成長因子-BB(PDGF-BB)が、加齢や代謝ストレスに応じて動脈壁硬化を引き起こす重要なメディエーターであることを示した。老齢マウスおよび高脂肪食を与えたマウスは、若齢マウスおよび普通食を与えたマウスに比べて,血清PDGF-BB濃度が高く、骨量減少と動脈壁硬化が進行した。著者らは以前、生理的な濃度のPDGF-BBは骨形成を促進することを示したが、高濃度のPDGF-BBは逆に骨形成を抑制する可能性が示唆された。老齢マウスおよび高脂肪食マウスにおいて、骨組織に存在するTRAP陽性破骨前駆細胞がPDGF-BBを高発現していた。試験管内での実験により、破骨前駆細胞が産生するPDGF-BBは,血管平滑筋細胞の増殖と遊走を促進することがわかった。さらに,PDGF-BBを破骨前駆細胞で過剰発現させたマウスは,血清中のPDGF-BB濃度が野生型と比較して3倍高く、若齢期においても骨量減少および動脈壁硬化・血管石灰化といった血管症状を呈した。一方、破骨前駆細胞でPDGF-BBを選択的に欠損したマウスでは,高脂肪食による骨量減少と動脈硬化が抑制された。以上から、加齢や代謝ストレスといった因子は、破骨前駆細胞のPDGF-BB産生を亢進し、血管壁硬化を促進する可能性が示唆された。

    肥満、皮脂、TSLP

    胸腺ストローマリンフォポエチンは皮脂分泌を促進し、肥満を改善する

    原題:

    Thymic stromal lymphopoietin induces adipose loss through sebum hypersecretion

    著者:

    Ruth Choa, Junichiro Tohyama, Shogo Wada, Hu Meng, Jian Hu, Mariko Okumura, Rebecca M. May, Tanner F. Robertson, Ruth-Anne Langan Pai, Arben Nace, Christian Hopkins, Elizabeth A. Jacobsen, Malay Haldar, Garret A. FitzGerald, Edward M. Behrens, Andy J. Minn, Patrick Seale, George Cotsarelis, Brian Kim, John T. Seykora, Mingyao Li, Zoltan Arany, Taku Kambayashi

    雑誌:

    Science, 373: eabd2893 (2021)

    POINT!

    肥満は慢性的な炎症を誘導し、二型糖尿病や脂肪肝の原因となる疾患である。2型免疫細胞は脂肪の燃焼を促進し、肥満を改善する作用がある。また、非免疫細胞が産生するサイトカインであるThymic stromal lymphopoietin (TSLP)は、2型免疫応答を誘導することが知られている。そこで、著者らはマウスをモデルとしてTSLPが肥満を改善できるかを検証した。肥満モデルマウスにTSLPを過剰に発現させた結果、体重の減少や脂肪組織量の低下が認められ、肥満に付随する代謝異常が改善された。遺伝子改変マウスを用いた解析からTSLP誘導性の体重減少にT細胞が必要であることが明らかにされた。TSLP過剰発現マウスでは、皮脂の分泌が増加し、これが体重減少の要因であることが示された。これは、体内に備蓄された脂肪が代謝され、皮脂として体外に分泌されたことを意味する。TSLP受容体を欠損するマウスは、皮脂の分泌が減少することから、TSLPは定常状態における皮脂の量を制御することが明らかにされた。TSLPは肥満治療薬としての可能性を秘めており、さらなる研究が切望される。

    Nasal chondrocyte–based tissue-engineered cartilage (N-TEC)

    鼻腔軟骨由来の組織工学的軟骨を用いた変形性関節症の膝軟骨欠損に対する治療

    原題:

    Engineered nasal cartilage for the repair of osteoarthritic knee cartilage defects

    著者:

    Lina Acevedo Rua, Marcus Mumme, Cristina Manferdini, Salim Darwiche, Ahmad Khalil, Morgane Hilpert, David A. Buchner, Gina Lisignoli, Paola Occhetta, Brigitte von Rechenberg, Martin Haug, Dirk J. Schaefer, Marcel Jakob, Arnold Caplan8, Ivan Martin, Andrea Barbero, Karoliina Pelttari

    雑誌:

    Sci Transl Med, 609: eaaz4499 ( 2021)

    POINT!

    変形性関節症(Osteoarthritis: OA)は、最も頻度の高い関節疾患であり、主に高齢者に痛みや運動障害をもたらすが、若年層にも少なからず影響をおよぼす。治療は、抗炎症剤による症状の緩和か、末期には人工関節置換術に限られている。そこで、筆者らは鼻腔軟骨由来の組織工学的軟骨(N-TEC)を用いて、変性欠損した関節軟骨の修復の可能性を検討した。N-TECは、in vitroではOAに特有の炎症環境下でも軟骨の特性を維持し、OAの関節から採取した細胞の炎症プロファイルを改善した。この効果は、sFRP1(secreted frizzled-related protein-1)を介したWNT(wingless/ integrated)シグナルの抑制によってもたらされていた。またN-TECは、ヒトOAの骨関節環境を異所性に再現したマウスモデルや、ヒツジのOAモデルの関節軟骨欠損部においても、生体内で生存・生着した。さらに、N-TECを2人の進行した膝OA患者(Kellgren and Lawrence Grade 3および4)の関節軟骨欠損の治療に使用すると、いずれも痛みと関節機能が改善し、副作用は認めなかった。これらのことから、OAの関節軟骨修復に対するN-TECの有効性が示され、今後は大規模な臨床試験が望まれる。

    加齢性骨粗鬆症

    老化免疫細胞はグランカルシンを分泌し骨の老化を促進する

    原題:

    Senescent immune cells release grancalcin to promote skeletal aging

    著者:

    Chang-Jun Li, Ye Xiao, Yu-Chen Sun, Wen-Zhen He, Ling Liu, Mei Huang, Chen He, Min Huang, Kai-Xuan Chen, Jing Hou, Xu Feng, Tian Su, Qi Guo, Yan Huang, Hui Peng, Mi Yang, Guang-Hui Liu, and Xiang-Hang Luo

    雑誌:

    Cell Metab., 33: 1957-1973 (2021)

    POINT!

    老化に伴い、骨では骨形成・骨吸収の代謝回転低下および骨髄内脂肪組織の増加が見られる。著者らは、質量分析法により若齢ラットおよび老齢ラットの骨髄中タンパク質を解析し、老齢ラットの骨髄で増加している分泌因子としてグランカルシン(GCA)を同定した。マウスにrGCAを投与したところ、骨形成の低下および骨髄内脂肪細胞の増加が見られたため、骨髄内におけるGCA増加が骨の老化を引き起こすことが示唆された。マウス骨髄細胞のsingle cell RNA-seq解析データから、GCAは骨髄マクロファージ、好中球から分泌されていることが考えられた。遺伝子改変マウスを用いた解析により、単球/マクロファージ、好中球においてGCAを欠損するマウス(Gca-Lyz2-CKO)では、野生型マウスと比較して加齢による骨量減少が抑制され、骨形成が増加し、骨髄内脂肪細胞が少ないことが示された。また、液体クロマトグラフィー/質量分析法および免疫沈降により、GCAが結合する膜タンパク質の探索を行い、plexin-B2(Plxnb2)が同定された。骨髄間葉系細胞特異的にPlxnb2を欠損するマウス(Prrx1Plxnb2-/+)およびGCA欠損マウスとのダブルノックアウトマウス(Gca-KO; Prrx1Plxnb2-/+)では、GCA欠損マウスにおける骨量増加が完全に打ち消された。これらの結果から、骨髄マクロファージおよび好中球から分泌されたGCAが骨髄間葉系細胞のPlxnb2に結合することにより、骨芽細胞分化を抑制し脂肪細胞分化を促進することが明らかになった。さらに、老齢マウスに対するGCA中和抗体投与により、骨量が増加し、骨髄中脂肪細胞が減少した。以上により、GCAが加齢性骨粗鬆症における新規治療標的となる可能性が示された。

    骨格前駆細胞

    生後の骨形成における骨格前駆細胞の系譜解析

    原題:

    Tracing the skeletal progenitor transition during postnatal bone formation

    著者:

    Hui Sophie Shu, Yiming Liam Liu, Xinyu Thomas Tang, Xinyi Shirley Zhang, Bin Zhou, Weiguo Zou, Bo O. Zhou

    雑誌:

    Cell Stem Cell 2021 28, 1–15, December 2. DOI:10.1016/j.stem.2021.08.010.

    POINT!

    骨組織には軟骨、骨髄、骨膜にそれぞれ異なるタイプの骨格前駆細胞が存在しており、そのうち軟骨前駆細胞と骨髄前駆細胞が内軟骨性骨化に寄与すると考えられている。しかしながら、軟骨前駆細胞と骨髄前駆細胞の階層的な関係性や機能的差異に関しては不明な点が多い。本論文で著者らは、軟骨前駆細胞と骨髄前駆細胞をそれぞれ時期特異的に標識するAcan-CreERマウス、LepR-CreERマウスに加え、軟骨前駆細胞と骨髄前駆細胞の系譜を同時に追跡可能なデュアルリコンビナーゼシステム(Acan-CreER; LepR-DreER; R26LSL-ZsGreen; R26RSR-tdTomato)を駆使することで、この2種類の骨格前駆細胞のヒエラルキーと役割分担を解析した。出生後の骨芽細胞は、思春期以前は主に軟骨前駆細胞から、思春期以降は骨髄前駆細胞から供給されていた。この骨芽細胞供給源の移行は、思春期の骨幹部(diaphysis)で起こり、徐々に骨端部(metaphysis)へと広がっていった。また骨髄前駆細胞は、主に胎児期の軟骨前駆細胞に由来していた。骨芽細胞分化に必須の転写因子であるRunx2を、周産期の軟骨前駆細胞あるいは成獣期の骨髄前駆細胞で欠損させると、それぞれ骨の長軸成長と短軸成長が阻害された。マウスを強制的にランニングさせる実験系では、周産期の軟骨前駆細胞からの骨芽細胞供給は増加したが、成体の骨髄前駆細胞からの骨芽細胞供給は増加しなかった。以上の結果から、発達期の一過性の軟骨前駆細胞が生後の骨髄前駆細胞の由来であること、軟骨前駆細胞と骨髄前駆細胞は時期特異的にそれぞれ骨組織の成長と維持に寄与することが示された。

    変形性関節症メタ解析

    変形性関節症における大規模GWASメタ解析

    原題:

    Deciphering osteoarthritis genetics across 826,690 individuals from 9 populations

    著者:

    Cindy G. Boer, Konstantinos Hatzikotoulas, Lorraine Southam, Lilja Stefánsdóttir, Yanfei Zhang, Rodrigo Coutinho de Almeida, Tian T. Wu, Jie Zheng, April Hartley, Maris Teder-Laving, Anne Heidi Skogholt, Chikashi Terao, Eleni Zengini, George Alexiadis, Andrei Barysenka, Gyda Bjornsdottir, Maiken E. Gabrielsen, Arthur Gilly, Thorvaldur Ingvarsson, Marianne B. Johnsen, Helgi Jonsson, Margreet Kloppenburg, Almut Luetge, Sigrun H. Lund, Reedik Mägi, Massimo Mangino, Rob R.G.H.H. Nelissen, Manu Shivakumar, Julia Steinberg, Hiroshi Takuwa, Laurent F. Thomas, Margo Tuerlings, arcOGEN Consortium, HUNT All In Pain, ARGO Consortium, Regeneron Genetics Center, George C. Babis, Jason Pui Yin Cheung, Jae Hee Kang, Peter Kraft, Steven A. Lietman, Dino Samartzis, P. Eline Slagboom, Kari Stefansson, Unnur Thorsteinsdottir, Jonathan H. Tobias, Andre´ G. Uitterlinden, Bendik Winsvold, John-Anker Zwart, George Davey Smith, Pak Chung Sham, Gudmar Thorleifsson, Tom R. Gaunt, Andrew P. Morris, Ana M. Valdes, Aspasia Tsezou, Kathryn S.E. Cheah, Shiro Ikegawa, Kristian Hveem, Tõnu Esko, J. Mark Wilkinson, Ingrid Meulenbelt, Ming Ta Michael Lee, Joyce B.J. van Meurs, Unnur Styrkársdóttir, and Eleftheria Zeggini

    雑誌:

    Cell, 184: 4784-4818 (2021)

    POINT!

    変形性関節症(Osteoarthritis; OA)は最も頻度の高い骨・関節疾患であり、世界各国で個別にゲノムワイド関連解析(GWAS)が複数行われていた。今回はアジアを含む9つの集団からなる13の国際GWASコホートを統合し大規模なメタ解析を行った報告である。100ヶ所の独立したリスクバリアントが同定され、そのうち52ヶ所は過去に報告のない新規の遺伝子座であった。さらに各種層別化解析を行い、部位(荷重/非荷重関節)、性別、早期発症OA特異的な遺伝子座を特定した。特に表現型別(膝関節、股関節、手関節、脊椎などの罹患部位や手術歴等で11に分類)での解析は初めてであり、表現型特異的・横断的な一塩基多型を同定した。また、OAの主症状である痛みに関連した表現型との遺伝的相関も示された。今回の成果はOAの病因病態解明に寄与するだけでなく、治療開発という観点からも大きな一歩となるであろう。

    腸内細菌叢

    3型自然リンパ球の機能不全は大腸がんの進行と免疫療法抵抗性を誘導する

    原題:

    Dysregulation of ILC3s unleashes progression and immunotherapy resistance in colon cancer

    著者:

    Jeremy Goc, Mengze Lv, Nicholas J. Bessman, Anne-Laure Flamar, Sheena Sahota, Hiroaki Suzuki, Fei Teng, Gregory G. Putzel, JRI Live Cell Bank, Gerard Eberl, David R. Withers, Janelle C. Arthur, Manish A. Shah, Gregory F. Sonnenberg

    雑誌:

    Cell, 184: 5015–5030 (2021)

    POINT!

    近年、免疫チェックポイント阻害剤(Immune Checkpoint Inhibitor: ICI)の効果と、がん患者の腸内細菌叢と間に相関関係があることが注目されている。また3型自然リンパ球(Innate Lymphoid Cell type3: ILC3)はCD4T細胞を制御することで、腸内細菌叢の構成を保つことが報告されている。そこで筆者らはILC3による腸内細菌叢の制御が、がんの進展やICIの効果に影響していると仮説をたてて検証した。まず大腸がん組織ではILC3が減少していることをヒト由来サンプル、およびマウス大腸がんモデル双方で確認した。ヒト腫瘍組織におけるILC3のRNA-seqではILC3関連遺伝子の発現が低下しており、機能に障害があることが示唆された。実際に腫瘍組織ではMHCII発現ILC3に対するCD4T細胞の比率が増加しており、ILC3によるCD4T細胞の制御に障害が起きていると考えられた。またMHCII陽性ILC3を欠損させたマウス(MHCΔILC3マウス)ではTh1細胞が減少し、腸内細菌叢が変化していた。この腸内細菌叢の変化はMHCΔILC3マウス由来のCD4T細胞の移入実験によって再現されたため、ILC3によるCD4T細胞の制御が腸内細菌叢に影響することが示された。さらにMHCΔILC3マウスでは大腸がんの悪性度が増すこと、ICIに抵抗性が示されることが示された。ICIへの抵抗性はMHCΔILC3由来の腸内細菌叢を野生型マウスに移植することによっても再現された。これらの結果より、ILC3はCD4T細胞を制御することで腸内細菌叢の恒常性を保ち、腫瘍免疫に関わるTh1細胞を維持していることが判明した。

    筋修復

    生理的損傷からの筋修復は細胞再構築のために核の移動を必要とする

    原題:

    Muscle repair after physiological damage relies on nuclear migration for cellular reconstruction

    著者:

    William Roman, Helena Pinheiro, Mafalda R. Pimentel, Jessica Segalés, Luis M. Oliveira, Esther García-Domínguez, Mari Carmen Gómez-Cabrera, Antonio L. Serrano, Edgar R. Gomes, Pura Muñoz-Cánoves

    雑誌:

    Science, 374, 355–359 (2021)

    POINT!

    骨格筋損傷ではサテライト細胞を介した筋再生が必要であることがよく知られているが、軽度の筋損傷などおけるサテライト細胞の活性化に依存しない筋線維の自己修復に関しては不明な点が多く残されていた。本研究で著者らは、培養筋管細胞を用いて細胞修復を評価したところ、局所的な筋損傷がカルシウム、Cdc42、PKC依存的なシグナル伝達経路を活性化し、筋管の細胞核が微小管やダイニンを介して損傷部位に引き寄せられることを発見した。この細胞核の移動により筋損傷部位に隣接して翻訳ホットスポットが形成され、損傷部位に細胞再構築のためのフィラミンCやHsp27などをコードするmRNAを局所的に供給し、迅速なタンパク質産生と修復に必要なmRNAの送達によりサルコメアの修復を促進する。実際の運動後に単離した筋線維でも翻訳ホットスポットやフィラミンCなどをコードするmRNAの損傷部位での増加が観察された。以上の結果から、筋線維がサテライト細胞非依存的な自己修復機構によっても維持されていることが明らかにされた。

    骨折治癒

    マクロファージはマウスの骨再生におけるtype H血管新生に必須である

    原題:

    Macrophages are requisite for angiogenesis of type H vessels during bone regeneration in mice

    著者:

    Yukihiro Kohara, Riko Kitazawa, Ryuma Haraguchi, Yuuki Imai, Sohei Kitazawa

    雑誌:

    Bone,154: 116200. doi: 10.1016/j.bone.2021.116200. Online ahead of print. (2021)

    POINT!

    マクロファージは骨折治癒の早期〜晩期にかけて骨折部位局所に認められ、再生過程を制御する。M1、M2などの種々のサブセットの関与や、機能性分子として炎症性サイトカインやLRP1などを産生することが報告されているが、報告されている以外にも多くの機能を有していると多くの研究者は考えている。著者らは、クロドロネートリポソームを使用して、ドリリングによる骨損傷部位からマクロファージを除去したところ、骨芽細胞による骨形成が著しく抑制されることを見出した。このとき、EndomucinおよびCD31をマーカーとするtype H血管が減少していた。そこで、骨損傷部位のマクロファージに由来する血管新生を誘導しうる因子の遺伝子発現を網羅的に解析した。その結果、血管新生や創傷治癒に関わる遺伝子群 (Ngptl4, Ccl12, Ccl2, Tgfbi, Plau (uPA), B4galt1, Tnc, Tgfb1) の発現がマクロファージの除去によって低下することが示された。この中で、Tgfbi, Plau, Tgfb1 (TGF-β1) の発現は骨の細胞の中ではマクロファージにおいて高いことから、これらの分子がマクロファージ由来の骨再生誘導因子であることが示唆された。uPA阻害剤またはTGF-β1受容体阻害剤を投与したところ、骨再生は遅延した。以上より、骨折部位に出現するマクロファージはuPAやTGF-β1により血管新生や骨形成を誘導することで骨折治癒を促進すると考えられた。

    IL-17A産生γδT細胞

    IL-17A産生γδT細胞はアルツハイマー病初期のシナプス形成障害と認知機能障害を引き起こす

    原題:

    IL-17 triggers the onset of cognitive and synaptic deficits in early stages of Alzheimer’s disease

    著者:

    Helena C. Brigas, Miguel Ribeiro, Joana E. Coelho, Rui Gomes, Victoria Gomez-Murcia, Kevin Carvalho, Emilie Faivre, Sara Costa-Pereira, Julie Darrigues, Afonso Antunes de Almeida, Luc Buee, Jade Dunot, Helene Marie, Paula A. Pousinha, David Blum, Bruno Silva-Santos, Luısa V. Lopes, Julie C. Ribo

    雑誌:

    Cell Rep., 36, 109574 (2021)

    POINT!

    近年、アルツハイマー病 (AD) における神経炎症が注目されている。免疫細胞は脳実質だけではなく、髄膜にも見出されておりその機能の解析が行われている。加齢やADにおいて髄膜のリンパ管に異常が見られ、マウスにおけるリンパ管の欠損はADを悪化させる。著者らは以前に髄膜に含まれるIL-17A産生γδT細胞が海馬の神経細胞に作用し、記憶機能を向上させることを示した。そこで、本論文ではこの細胞がADにどのように関与するかを検討した。3xTg-ADモデルマウスを解析したところ、生後約半年以降で髄膜のIL-17Aが増加すること、それらは主にγδT細胞に由来することを見出した。これらの細胞のTCRγδ鎖のレパトア解析の結果、Vγ1およびVγ4の両方が陰性であることから、神経炎症およびその他の様々な炎症過程でIL-17Aを産生するVγ6陽性細胞であることが示唆された。IL-17Aの中和抗体を3xTg-ADマウスの脳内に生後3.5ヶ月より持続的に投与したところ、記憶機能が改善した。このマウスの神経を評価したところ、IL-17A中和によるアミロイド前駆体やtauタンパク質の蓄積の改善はなかったものの、EPSPや長期増強などのシナプス機能の指標となるパラメーターの改善が見られた。以上より、IL-17A産生γδT細胞はアルツハイマー病の病態下では、定常状態とは異なり、シナプス機能を抑制し、記憶機能を低下させると考えられる。

    幹細胞

    線維芽細胞における持続的なJunB活性化は幹細胞ニッチの相互作用を妨げ皮膚を老化させる

    原題:

    Persistent JunB activation in fibroblasts disrupts stem cell niche interactions enforcing skin aging

    著者:

    Pallab Maity, Karmveer Singh, Linda Krug, Albert Koroma, Adelheid Hainzl, Wilhelm Bloch, Stefan Kochanek, Meinhard Wlaschek, Marina Schorpp-Kistner, Peter Angel, Anita Ignatius, Hartmut Geiger, and Karin Scharffetter-Kochanek

    雑誌:

    Cell Rep., 36 109634 (2021)

    POINT!

    線維芽細胞は生体内の結合組織に豊富に存在する細胞であり、様々なサブセットが存在し、その機能にはまだ不明な点が多く残されている。近年、線維芽細胞は老化に伴い炎症性サイトカインの産生増加などの細胞老化関連分泌現象 (SASP) を示すようになる他、IGF-1などの成長因子の産生が減少することが明らかになった。線維芽細胞のミトコンドリアによるスーパーオキシドアニオン除去の不全は皮膚をはじめとした様々な臓器の萎縮に繋がり、Superoxide dismutase (SOD)2欠損マウスでも同様の所見が確認されている。Col1a2–Creマウスを用いて線維芽細胞特異的にSOD2を欠損させたところ、コラーゲン合成が低下し皮膚組織が菲薄化した。このマウスでは高齢マウスと同様に、皮膚組織や毛包で幹細胞が減少していた。SOD2欠損皮膚線維芽細胞および高齢マウスの皮膚線維芽細胞の遺伝子発現を網羅的に解析したところ、細胞周期チェックポイント、細胞老化、酸化ストレス、細胞外基質の分解に関わる遺伝子発現の上昇を認めた。一方、細胞外基質の合成、IGF-1シグナル、糖・脂質代謝、リボソーム関連遺伝子の発現は低下していた。さらに、SOD2欠損皮膚組織では、サイクリンD1タンパク質量やRBタンパク質のリン酸化が低下しており、細胞増殖の抑制性の変化が示唆された。一方、CDK阻害因子p16INK4Aが増加していたことから、老化状態にあると考えられた。組織レベルでも、IGF-1および受容体の減少や粗面小胞体の減少を認めた。SOD2欠損皮膚線維芽細胞をロテノン処理し、活性酸素種 (ROS) を増加させたところp16INK4Aが増加した。また、これらの細胞ではIGF-1発現が低レベルであった。SOD2を過剰発現させた細胞ではIGF-1の発現は増加した。皮膚線維芽細胞におけるROSの増加またはSOD2欠損はJunB/AP1シグナルを増強した。JunBはp16およびIgf1のプロモーターに結合した。SOD2とJunBの両方を線維芽細胞特異的に欠損するマウスを作出したところ、皮膚の萎縮や幹細胞の減少といった老化所見は認められなかった。また、SOD2欠損マウスにIGF-1を投与したところ、同様の治療効果が得られた。以上より、SOD2減少によるROSの上昇はJunBを介してp16INK4A増加とIGF-1低下を誘導し、皮膚の老化を誘導することが明らかになった。

    成長板休止細胞層

    成長板休止細胞層の軟骨細胞はWnt阻害環境で維持される

    原題:

    Chondrocytes in the resting zone of the growth plate are maintained in a Wnt-inhibitory environment

    著者:

    Shawn A Hallett, Yuki Matsushita, Wanida Ono, Naoko Sakagami, Koji Mizuhashi, Nicha Tokavanich, Mizuki Nagata, Annabelle Zhou, Takao Hirai, Henry M Kronenberg, Noriaki Ono

    雑誌:

    eLife, 10: e64513(2021)

    POINT!

    成長板休止細胞層(Resting zone of the gowth plate: RZ)の軟骨細胞は細胞周期が長いことを特徴とし、副甲状腺関連タンパク(PTHrP)を発現している骨格系幹細胞(Skeletal stem cell: SSC)を含む。このRZに存在するSSCは増殖層軟骨細胞の供給源であるうえに、増殖層軟骨細胞の増殖能を維持するPTHrPを産生することで成長板の長軸方向の伸長に貢献する。これまでのところRZの軟骨細胞がどのように維持されているのかは不明であった。著者らは新規作製したCol2a1発現細胞特異的にtetracycline-controlled transactivator (tTA)を発現するマウス(Col2a1-tTA)とtTAによって核内にEGFPが発現するマウス(TRE-H2B-EGFP)を交配しChondrocyte-specific Tet-Off systemを確立した。Chondrocyte-specific Tet-Off system ではdoxycycline投与によって核内へのEGFPの集積が停止するため分裂後の細胞ではEGFPの発現が希釈される。筆者らはEGFPの発現が強い細胞(Label-retaining chondrocyte: LRC)=分裂していない細胞がRZに局在していることを蛍光顕微鏡で確認した。またEGFPの発現が弱い細胞(non-LRCs)に比べLRCの方がEdU陽性細胞の頻度が少ないことから細胞周期が長いことを確認した。筆者らはLRCsとnon-LRCsのRNA-seqを行い発現遺伝子を比較した。その結果LRCsではWnt signalingのinhibitor (Sfrp1, Sfrp5, Dkk2, Wif1, Notum, Fzd6) がnon-LRCsではWnt signalingのactivator(Rspo3, Rspo4 , Wnt10b)の発現が増加していることがわかった。このことからRZの軟骨細胞の維持にはWnt signalingの阻害が必要であることが示唆された。次にWnt signalingがどのようにRZを制御しているかを解明するために、RZのSSC特異的にWnt/β-catenin シグナルを活性化するPthlh-creERT; APC flox/+マウスを解析した。このマウスではSSCであるPTHrP陽性細胞が減少し、さらに軟骨柱の形成も阻害されていた。これらの結果からRZの維持と分化にはWnt signaling阻害が必須であることが示された。

    骨折リスク

    RSPO3はマウスとヒトの海綿骨と骨折リスクに重要である

    原題:

    RSPO3 is important for trabecular bone and fracture risk in mice and humans

    著者:

    Karin H Nilsson, Petra Henning, Maha El Shahawy, Maria Nethander, Thomas Levin Andersen, Charlotte Ejersted, Jianyao Wu, Karin L Gustafsson, Antti Koskela, Juha Tuukkanen, Pedro P C Souza, Jan Tuckermann, Mattias Lorentzon, Linda Engström Ruud, Terho Lehtimäki, Jon H Tobias, Sirui Zhou, Ulf H Lerner, J Brent Richards, Sofia Movérare-Skrtic, Claes Ohlsson

    雑誌:

    Nat. Commun., 12: 4923, doi: 10.1038/s41467-021-25124-2 (2021)

    POINT!

    高齢化に伴い、世界各国が骨粗鬆症性骨折の増加という問題に直面している。RSPO3遺伝子座は骨折との遺伝的関連性が報告されているが、その原因遺伝子やメカニズムは不明である。本研究では、筆者らはヒトの遺伝学的解析とマウスの機能解析によってRSPO3の骨代謝と骨折における働きを明らかにした。ヒトの大規模遺伝子解析において、RSPO3遺伝子座の骨折抑制アレルはmRNAおよびたんぱく質レベルでのRSPO3発現、海綿骨骨密度の増加、前腕骨遠位部の骨折リスクの低下と関連していた。ヒトとマウスの骨組織では、骨芽細胞前駆細胞と骨芽細胞がRSPO3を発現していた。筆者らはRunx2-creRspo3flox/floxマウス、Dmp1-creRspo3flox/floxマウス、CAGGCre-ER-Rspo3flox/floxマウスをそれぞれ作製し、マイクロCTや骨形態の評価によってRunx2-creRspo3flox/floxマウスとタモキシフェンを投与したCAGGCre-ER-Rspo3flox/floxマウスで著明に海綿骨量が減少することから、骨芽細胞が骨におけるRSPO3の主要な供給源で、成獣マウスの椎体海綿骨量と骨強度の重要な制御因子であることを示した。さらに、マウス骨芽細胞の培養実験により、骨芽細胞から分泌されたRSPO3が骨芽細胞の分化と増殖を促進することも明らかにした。以上のことから、RSPO3はマウスの椎体海綿骨骨量と骨強度、そしてヒトの骨折リスクを制御していると考えられる。

    骨髄微小環境

    鎌状赤血球症では、骨髄間葉系幹細胞(MSC)の造血幹細胞維持能力が減弱している

    原題:

    Murine bone marrow mesenchymal stromal cells have reduced hematopoietic maintenance ability in sickle cell disease

    著者:

    Alice Tang, Ana Nicolle Strat, Mahmudur Rahman, Helen Zhang, Weili Bao, Yunfeng Liu, David Shi, Xiuli An, Deepa Manwani, Patricia Shi, Karina Yazdanbakhsh, Avital Mendelson

    雑誌:

    Blood, doi: 10.1182/blood.2021012663 (2021)

    POINT!

    鎌状赤血球症(SCD)は、溶血性貧血・血管閉塞を特徴とした先天性の血液疾患である。重度の貧血や血管閉塞は組織の低酸素化を引き起こし、多臓器障害の原因となりうる。SCDの治療選択肢の1つに造血幹細胞(HSC)移植があるが、HSCの生着には適正な骨髄微小環境が必要である。しかし、SCDでは、HSCのホメオスタシスを厳密に制御する骨髄間葉系幹細胞(MSC)にScf、Cxcl12遺伝子の発現低下(いずれもHSC維持に関与する遺伝子)が見られることが知られている。このことがSCDにおけるHSC生着率の低下に関与している可能性が考えられるが、SCDにおけるMSCの機能は明らかになっていない。そこで著者らは、SCDモデルマウスを使用し、SCDにおけるMSCの機能・HSCとの関連性に解析した。まず、SCDマウスにおける特徴として、MSCにおけるScfOpn遺伝子発現減少、骨髄中HSC数減少、末梢血中HSC数増加が見られることを確認した。この結果から、SCDでは、MSCによるHSCの維持能力が低下していることが示唆された。次に、先行研究(赤血球から遊離したヘムが血管内皮細胞のTLR4シグナルを活性化することにより、血管収縮・炎症反応亢進が誘発される)を元に、ヘム、TLR4に着目し、これらとMSCの関連性を検討した。WTマウスへのヘミン(ヘムの一種)投与、SCDマウスへのTLR4阻害剤投与実験を実施し、MSCにおけるヘムと、それに伴うTLR4シグナル活性化がMSCのHSC維持能力の低下に寄与していること明らかにした。以上より、SCDではMSCの機能的特性が損なわれている。従って、SCDにおける骨髄移植では造血幹細胞の生着を最適化するために、TLR4経路の抑制が治療ターゲットとなりうる可能性が示された。

    がん性疼痛

    STINGは免疫および神経の調整を介して骨転移巣の疼痛を緩和する

    原題:

    STING suppresses bone cancer pain via immune and neuronal modulation

    著者:

    Kaiyuan Wang, Christopher R. Donnelly, Changyu Jiang, Yihan Liao, Xin Luo, Xueshu Tao, Sangsu Bang, Aidan MvGinnis, Michael Lee, Matthew J. Hilton & Ru-Rong Ji

    雑誌:

    Nat. Commun. 12: 4558 (2021)

    POINT!

    骨転移は強い疼痛をもたらすことが知られており、効果的な治療法の開発が重要な課題となっている。筆者らは、新規治療薬の候補としてSTING (stimulator of interferon genes)に注目した。STINGは小胞体局在の4回膜貫通性タンパク質で、感染などにより細胞質に異種の二本鎖DNAが出現すると活性化されtype-I IFN (IFN-I)合成を促進する。2021年に、筆者らはSTINGの活性化によるIFN-I分泌促進が生理的・病的状態における痛覚を抑制することをNatureに報告した。しかし、骨転移の疼痛に対する効果は不明であった。筆者らはマウス肺がん細胞株LLCを大腿骨骨髄腔へ移入するモデルを用いて、STING agonistの投与により骨転移モデルマウスにおける足の疼痛反応および運動機能障害が改善することを示した。また、STING agonistの投与は骨転移巣における骨量低下を抑制した。これらの効果は、Ifnar1 KOマウスにおいては見られなかったことから、STINGの活性化によるIFN-Iの増加が関与していることが考えられた。続いて、感覚神経への影響を詳細にみるためにマウスのL3-L5 DRGをex vivoで解析したところ、骨転移モデルマウスではナイーブマウスと比較して過興奮状態にあり、STING agonistの投与により過興奮状態は抑制された。一方で感覚神経特異的にIfnar1を欠損させたマウスではSTING agonistの投与による疼痛抑制が打ち消され、IFN-Iシグナルによる直接的な感覚神経の抑制が示された。さらに、腫瘍免疫への影響をみたところ、STING agonist投与により骨髄中のCD8+ T細胞の割合が増加し、腫瘍の進展も抑制されていた。骨解析を行ったところ、STING agonist投与は骨転移巣における破骨細胞の増加を抑制することが示され、in vitroでの検討によりIFN-Iシグナルが破骨細胞分化を抑制することが示された。以上の結果により、STINGによるIFN-Iシグナルの活性化は、骨転移巣において感覚神経の興奮を直接抑制するだけでなく、CD8+ T細胞の活性化および破骨細胞の抑制を介して、腫瘍の進展と骨破壊を抑制し、痛覚刺激性メディエーターの分泌を抑制していることが明らかになった。STING agonistは複合的な作用により骨転移の疼痛を緩和する新規治療薬となる可能性が示された。

    免疫不全症

    ヒトAIOLOS変異はIKAROSに干渉し、獲得免疫系を撹乱する

    原題:

    A variant in human AIOLOS impairs adaptive immunity by interfering with IKAROS

    著者:

    Motoi Yamashita, Hye Sun Kuehn, Kazuki Okuyama, Satoshi Okada, Yuzaburo Inoue, Noriko Mitsuiki, Kohsuke Imai, Masatoshi Takagi, Hirokazu Kanegane, Masahiro Takeuchi, Naoki Shimojo, Miyuki Tsumura, Aditya K. Padhi, Kam Y. J. Zhang, Bertrand Boisson, Jean-Laurent Casanova, Osamu Ohara, Sergio D. Rosenzweig, Ichiro Taniuchi, Tomohiro Morio.

    雑誌:

    Nat. Immunol., 22: 893-903 (2021)

    POINT!

    IKAROS zinc-finger (IKZF)ファミリーは、造血に不可欠な転写因子群である。AIOLOS(IKZF3)はIKALOS(IKZF1)と会合し、ゲノムに結合することで遺伝子発現を制御している。本研究において、筆者らは免疫不全症の家系からAIOLOSのアミノ酸置換を伴う変異を同定した。変異型AIOLOSを導入にしたマウスでは、B細胞の分化障害が観察されたが、二量体化に関わるドメインを欠損させることで、B細胞分化の回復が認められた。変異型AIOLOSとIKALOSのヘテロダイマーは、適切なゲノム領域に結合することがでず、IKALOSの機能を阻害することでリンパ球の分化を障害することが示された。以上より筆者らは、免疫不全症が生じる新規分子メカニズムを解明し、その治療戦略を示した。

    アルツハイマー病

    アストロサイト由来のIL-3はミクログリアに作用しアルツハイマー病を抑制する

    原題:

    Astrocytic interleukin-3 programs microglia and limits Alzheimer’s disease

    著者:

    Cameron S McAlpine, Joseph Park, Ana Griciuc, Eunhee Kim, Se Hoon Choi, Yoshiko Iwamoto, Máté G Kiss, Kathleen A Christie, Claudio Vinegoni, Wolfram C Poller, John E Mindur, Christopher T Chan, Shun He, Henrike Janssen, Lai Ping Wong, Jeffrey Downey, Sumnima Singh, Atsushi Anzai, Florian Kahles, Mehdi Jorfi, Paolo Fumene Feruglio, Ruslan I Sadreyev, Ralph Weissleder, Benjamin P Kleinstiver, Matthias Nahrendorf, Rudolph E Tanzi, Filip K Swirski

    雑誌:

    Nature, 595, 701-706. (2021)

    POINT!

    脳組織には神経細胞を上回る数のグリア細胞が存在し、生理的・病理的条件下で様々な機能を発揮する。しかし、代表的な神経疾患であるアルツハイマー病 (AD) におけるグリア細胞の機能には不明な点が多い。IL-3は血液幹細胞の増殖因子と考えられていたが、その他にも神経細胞のアポトーシス抑制など、多様な機能を有するサイトカインである。マウスにおいて、IL-3は血清よりも脳脊髄液で4倍の濃度を示したことから、IL-3は脳内で産生され、神経保護作用を発揮することが示唆された。そこで、IL-3を欠損するADモデルマウス (Il3–/–5xFADマウス) の解析を行ったところ、短期記憶と空間記憶機能の障害を見出した。IL-3レポーター/folxマウス (Il3GFPf/fマウス) の脳組織の解析から、アストロサイトの4%がIL-3陽性であった一方、ミクログリアや他の非血球系細胞はIL-3陰性であることが分かった。ADモデルマウスの脳組織におけるIL-3発現はコントロールマウスと同程度であったことから、IL-3はアストロサイトで恒常的に発現すると考えられた。IL-3Rα発現細胞を探索し、ミクログリアがIL-3に応答しうることが見出された。老齢マウスでは約半数のミクログリアがIL-3Rα陽性であった。これらの細胞はアミロイド斑周辺に存在しており、アミロイドを除去している可能性が示唆された。TREM2/DAP12複合体は脳内ではミクログリアで発現し、ミクログリア機能に重要であることが知られている。Trem2−/5xFADマウスではAD発症に伴うIl3raの発現上昇が減弱していた。これらの結果から、ミクログリアのIL-3応答性はTREM2/DAP12シグナル依存的であると考えられた。ヒトの脳組織においても、IL-3はアストロサイトで発現すること、ADの有無によらずIL-3は一定レベルの発現を示すこと、IL-3RαはAD患者のミクログリアで発現が高いことが確認された。ADのリスク因子として知られるAPOE4遺伝型のサンプルでは特にIL-3Rαが高発現を示した。次に、ミクログリアの活性化状態とアミロイド斑除去能を透明化ホールマウント法により評価した。5xFADマウスではミクログリアはアメボイド型 (活性化状態) を呈し、アミロイド斑の凝集像が認められた。一方、Il3–/–5xFADマウスではミクログリアはラミファイド型 (定常状態) で散在しており、アミロイドの凝集も認められなかった。マイクロ流路を用いた実験により、IL-3によってヒトiPS細胞由来のミクログリアがヒトアミロイドβやリン酸化タウタンパク質に向かって遊走することが示された。アストロサイト特異的Il3欠損ADモデルマウス (タモキシフェン投与Il3GFPfl/flAldh1l1CreERT25xFADマウス) およびミクログリア特異的IL-3Rα欠損ADモデルマウス (タモキシフェン投与Il3rafl/flCx3cr1CreERT25xFADマウス) では、アミロイド斑の沈着が増加し記憶機能の低下が認められた。一方、5xFADマウスの側脳室にIL-3を継続的に投与したところ、記憶機能の改善が見られた。以上より、ADで活性化したミクログリアはIL-3Rαを高発現し、アストロサイトが恒常的に発現するIL-3に対する応答性が高まり、アミロイド斑が除去され記憶低下が防がれることが示された。さらに、IL-3投与がAD治療に有効である可能性が示された。

    腸内細菌

    腸内細菌は腸上皮細胞が細胞死に伴い放出する栄養を利用する

    原題:

    Microbes exploit death-induced nutrient release by gut epithelial cells

    著者:

    Christopher J. Anderson, Christopher B. Medina, Brady J. Barron, Laura Karvelyte, Tania Løve Aaes, Irina Lambertz, Justin S. A. Perry, Parul Mehrotra, Amanda Gonçalves, Kelly Lemeire, Gillian Blancke, Vanessa Andries, Farzaneh Ghazavi, Arne Martens, Geert van Loo, Lars Vereecke, Peter Vandenabeele, Kodi S. Ravichandran

    雑誌:

    Nature, 596 262–267 (2021)

    POINT!

    「制御された細胞死」は様々な組織で見られる現象で、生体の発生や恒常性の維持に重要である。腸管上皮のターンオーバーはその代表例である。腸管には多数の細菌が存在し、腸管上皮死細胞と何らかの関係があると古くから指摘されているが、直接的な関係は証明されていなかった。著者らはまず、腸管の組織片を摘出し、ex vivoでスタウロスポリンまたはドキソルビシンによりアポトーシスを誘発した。死細胞の上清をSalmonellaに添加したところ、細菌の増殖活性が上昇した。Vil-cre+/Casp3/7fl/flマウスを用いることにより腸管上皮細胞でアポトーシスが抑制される条件で同様の実験を行ったところ、Salmonellaの増殖促進は認められなかったことから、腸管上皮死細胞より放出される成分が重要であることが示された。RIPK1、MLKL、GasD、Caspase1、Caspase11といったネクロプトーシスやパイロプトーシスに必須の分子を欠く条件ではコントロールと同様に細菌増殖を認めたことから、Caspase3/7依存的なアポトーシスが増殖に必要であることが明らかになった。また、K. pneumoneaeE. coliもアポトーシス細胞の上清により増殖したことから、多くの細菌で普遍的にな現象であることが示唆された。アポトーシス細胞の上清の分子量による分画、加熱処理や酵素処理の実験の結果、細菌増殖活性を有するのは、3 kDa未満の低分子であると考えられた。著者らは、アポトーシスに伴う栄養の放出現象をDINNRと名付けた。次に、DINNRで増殖を誘導した細菌の遺伝子発現を網羅的に解析し、抽出された増殖に関与しうる遺伝子をノックアウトした。その結果、ピルビン酸ギ酸リアーゼのpflBを欠損するSalmonellaはDINNR誘導性の増殖が認められなかった。アポトーシス細胞からはピルビン酸が多く含まれ、ピルビン酸キナーゼ阻害剤シコニンはDINNR誘導性細菌増殖を阻害したことから、ピルビン酸が特に重要であることが示された。細胞膜チャネル分子Panx1のドミナントネガティブ体を発現する細胞はDINNR誘導性細菌増殖を誘導しないことから、Panx1は細菌増殖因子の放出に寄与することが示された。細菌の競合感染アッセイの結果、pflBを欠損するSalmonellaは野生型に比べ定着能が低かった。Vil-cre+/Casp3/7fl/flマウスでは、野生株/PflB欠損株比が小さいことから、PflBによる生存はアポトーシス依存的であることが生体レベルで示された。癌化学療法は、腸管内のProteovbacteria増加を引き起こすことが知られている。化学療法に伴う腸管上皮のアポトーシスが細菌の増加に寄与するかを検討するために、マウスにドキソルビシンを投与した。これにより、腸管におけるSalmonellaは増加した。Vil-cre+/Casp3/7fl/flマウスにドキソルビシンを投与し、Salmonella野生株/PflB欠損株競合アッセイを行ったところ、これらのマウスでは野生株/PflB欠損株比は低かった。Panx1–/–マウスにドキソルビシンを投与し、同様のアッセイを行ったところ、野生株/PflB欠損株比は低かった。以上より、腸管上皮細胞のアポトーシスによりPanx1より放出される低分子は、腸内細菌に利用され、増殖活性を増大させることが示された。

    筋萎縮

    筋萎縮におけるKLF5依存性経路の発見とKLF5を標的とした筋萎縮治療薬の開発

    原題:

    Identification of a KLF5-dependent program and drug development for skeletal muscle atrophy

    著者:

    Liu L, Koike H, Ono T, Hayashi S, Kudo F, Kaneda A, Kagechika H, Manabe I, Nakashima T, Oishi Y

    雑誌:

    Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 118(35), e2102895118 (2021)

    POINT!

    Krüppel-like factor 5 (KLF5) は細胞の増殖や分化を幅広く制御する転写因子である。著者らは、過去にこの分子が筋細胞分化の過程でMyoDやMef2と協調して分化を制御することを明らかにした。今回、著者らは筋萎縮の過程でもKLF5が機能しうるかを検討した。筋芽細胞株C2C12細胞の筋線維への分化系に対してデキサメタゾン (Dex) を添加することで筋萎縮を誘導したところ、Klf5遺伝子およびKLF5タンパク質の発現が速やかに誘導された。骨格筋特異的Klf5欠損マウス (CkmCre Klf5f/fマウス) を解析したところ、定常状態では腓腹筋の筋線維径や筋機能に有意な変化は認められなかった。このマウスに対してKLF5発現上昇を伴うin vivoの筋萎縮モデルとして尾部懸垂モデルを実施した。これにより後肢への荷重を除去したところ、対照群マウスの腓腹筋やヒラメ筋の筋量およびMyl2発現が減少したのに対して、CkmCre Klf5f/fマウスではそのような変化は認められなかった。以上より、KLF5は筋萎縮時に誘導され萎縮を進行させる機能を有することが示された。このマウスより得られた初代培養筋衛星細胞 (SC) に対してDexを添加したところ、コントロールマウス由来のSCと比べ萎縮が著しく抑制されていた。Dex処理SCの遺伝子発現の網羅的解析から、筋萎縮に伴い発現変動する遺伝子群のうち、特に代謝に関わる遺伝子の多くがKLF5依存的であることが見出された。ChIP-Seq解析およびルシフェラーゼアッセイの結果、筋萎縮時にはKLF5はFoxo1と協調してFbxo32発現を誘導することが明らかになった。KLF5の筋萎縮誘導能が示されたことから、著者らはKLF5阻害による筋萎縮治療法の確立を試みた。レチノイン酸受容体アゴニストのAm80 (タミバロテン) はKLK5の発現と活性を抑制することが知られている。これをin vitroおよびin vivoの筋萎縮モデルに投与したところ、Fbxo32のプロモーター活性が低下し、筋萎縮が抑制された。In vivoでの筋萎縮抑制作用は、尾部懸垂が14日という長期間に及んだ場合でも認められた。サルコペニア治療の実臨床においてもKLF5が治療標的となりうるか検討するために、ヒトを対象としたRNA-Seq公共データベースを用いた解析を行なった。寝たきりや加齢といった条件下でKLF5発現は上昇し、また、KLF5発現はFBXO32TRIM63の発現と相関していた。このことから、ヒトの場合においてもAm80による筋萎縮抑制が可能と考えられる。Am80は急性前骨髄球性白血病治療薬として使用されている実績があることから、新薬を開発する場合と比較して低コスト、短期間でサルコペニア治療の臨床に用いられることが期待できる。

    骨格幹細胞老化

    老化した骨格幹細胞は炎症性変性ニッチをつくる

    原題:

    Aged skeletal stem cells generate an inflammatory degenerative niche

    著者:

    Thomas H. Ambrosi, Owen Marecic, Adrian McArdle, Rahul Sinha, Gunsagar S. Gulati, Xinming Tong, Yuting Wang, Holly M. Steininger, Malachia Y. Hoover, Lauren S. Koepke, Matthew P. Murphy, Jan Sokol, Eun Young Seo, Ruth Tevlin, Michael Lopez, Rachel E. Brewer, Shamik Mascharak, Laura Lu, Oyinkansola Ajanaku, Stephanie D. Conley, Jun Seita, Maurizio Morri, Norma F. Neff, Debashis Sahoo, Fan Yang, Irving L. Weissman, Michael T. Longaker & Charles K. F. Chan

    雑誌:

    Nature, doi: 10.1038/s41586-021-03795-7 (2021)

    POINT!

    老化は細胞内因性の変化によって引き起こされるが、細胞外因性の因子もその開始や進行に関わることが知られている。本研究で著者らは、マウス骨格幹細胞(SSC)自体が加齢することで骨髄ニッチでのシグナル伝達が変化して骨と血球系の分化が偏り、骨の脆弱化が誘導されることを明らかにした。免疫不全NSGマウスの腎被膜下移植実験から、加齢したSSCは骨軟骨形成能力が低下する一方で、炎症性サイトカインや骨吸収促進サイトカインを高レベルで発現する間質細胞により分化しやすくなることが明らかになった。老齢マウスと若齢マウスとの並体結合(ヘテロクロニック)実験では、老齢マウス側SSCの骨軟骨形成能の低下は回復せず、老齢マウス側の骨量や骨折再生実験における仮骨BMDやSSCの頻度およびin vitro骨軟骨分化能も改善しなかった。対照的に、ヘテロクロニック並体結合における若齢マウス側のBMDとSSC頻度は、若齢マウス同士の並体結合と比較して有意に低下し、骨折再生実験における破骨細胞活性が上昇した。また、造血幹細胞(HSC)加齢の特徴としてミエロイド系分化への偏りが知られているが、2ヶ月齢マウスから採取したHSCを2ヶ月齢または24ヶ月齢のマウスに移植したところ、ドナー由来末梢血細胞および骨髄細胞の組成は24ヶ月齢マウスでミエロイド系に偏っていた。次に、24ヶ月齢マウスのSSC由来間質細胞と共培養したHSCを移植すると、2ヶ月齢マウスSSC由来間質細胞を用いた場合と比較して、末梢血中および骨髄中のミエロイド系細胞の割合が増加した一方、リンパ系細胞は減少した。これらの結果から、老化SSC由来細胞が加齢に伴う造血系のミエロイド系分化への偏りを促進し、SSCの老化が造血系の老化のドライバーになっていることが示唆された。さらに、3日齢、2ヶ月齢、24ヶ月齢マウスの長管骨由来SSCのシングルセルRNA-seq解析から、加齢マウスにおけるSSCの機能低下とトランスクリプトーム多様性の低下が関連しており、加齢SSCが骨形成能を失う一方で造血系細胞との相互作用が増加し、これが骨髄ニッチの変化に寄与している可能性が示された。また、経時的なSSC、BCSP、Thy1+および6C3+細胞(著者らが以前同定したSSC系列細胞ポピュレーション)のトランスクリプトーム解析の結果、RANKLは2ヶ月齢から高いレベルで発現していたのに対し、CSF1は24ヶ月齢マウスでの上昇が顕著であったことから、著者らはCSF1に着目した。加齢SSCにおける骨軟骨形成能低下と破骨細胞分化促進ニッチ形成能上昇を制御するため、BMP2、CSF1抗体、2つの組み合わせ、またはPBSを含むハイドロゲルを24ヶ月齢マウスの骨折モデル局所に投与した。その結果、BMP2とCSF1抗体の組み合わせにより加齢したSSCを再活性化させ、同時に炎症や破骨細胞形成を促進する環境を抑制することで、若齢と同等レベルに戻すことが可能であった。また、高用量のCSF1抗体とBMP2の組み合わせは骨折修復後の力学的強度改善能が低かったことから、健康的な骨リモデリングと骨再生のためには、SSC系列細胞から分泌されるCSF1の量が厳密にコントロールされている必要があることが示唆された。以上から、本研究は骨格の老化の原因となっている複雑で多因子性のメカニズムを明らかにし、老化した骨格を若返らせることができる可能性を示した。

    骨間質細胞

    骨格形成における骨間質細胞の部位特異的な専門化および運命決定

    原題:

    Regional specialization and fate specification of bone stromal cells in skeletal development

    著者:

    Kishor K. Sivaraj, Hyun-Woo Jeong, Backialakshmi Dharmalingam, Dagmar Zeuschner, Susanne Adams, Michael Potente, and Ralf H. Adams

    雑誌:

    Cell Rep, 36, 109352 (2021)

    POINT!

    骨間質は、骨形成や造血の制御だけでなく骨折の治癒や病気の進行にも寄与している。骨間葉系間質細胞(BMSC)は、分子的・機能的に異なる特性を持つ様々なサブポピュレーションを含む不均一な細胞集団である。BMSCのサブセット間の関係性や、その制御機構についてはよくわかっていなかった。本研究で著者らは、Pdgfra-GFPマウスやHey1-GFPマウスを用いることで、骨幹端のPDGFRa+b+Hey1+ BMSC(mpMSC)と骨幹のPDGFRa+b+Hey1 BMSC(dpMSC)が異なる性質をもつことを発見した。これらの細胞のRNA-seq解析や培養実験によって、dpMSCと比べてmpMSCはBMSCマーカー遺伝子や血管・骨格発生に関連する遺伝子発現が高く、コロニー形成能や骨、脂肪、軟骨の各系統への分化能も有意に高かった。また、Pdgfrb-CreERT2Lepr-CreERT2およびGli1-CreERT2のそれぞれのマウスを Rosa26-mTmGレポーターマウスと交配してタモキシフェン投与により行った系統追跡実験とシングルセルRNA-seq解析により、レプチン受容体陽性細網細胞を含むdpMSCと骨芽細胞系列細胞は骨幹端においてmpMSCから発生することが示された。骨形成におけるPDGFRb+ BMSCの機能を調べるため、Pdgfrb-CreERT2 R26-DTAマウスにタモキシフェンを投与することでこの細胞集団を除去したところ、大腿骨長の短縮や骨幹端におけるCD31hiEmcnhiのH型血管、Osx+骨芽前駆細胞が著しく減少し、海綿骨量と皮質骨厚の顕著な低下が観察された。また、AP-1ファミリー転写因子JunBは脂肪細胞や骨芽細胞分化を制御することが知られており、mpMSCで高発現していたことから、Pdgfrb-CreERT2 Junbflox/floxマウスにタモキシフェンを投与し解析したところ、骨幹端H型血管柱や、PDGFRa+およびPDGFRb+細胞数、Osx+骨芽前駆細胞が大幅に減少していた一方、ペリリピン陽性脂肪細胞数は増加していた。これらの結果からBMSCの運命はPDGFRbシグナルと転写因子JunBによって制御されていることが明らかになった。

    VEGF

    加齢に伴うVEGFシグナル伝達不足を改善することで健康的老化を促進し寿命を延長する

    原題:

    Counteracting age-related VEGF signaling insufficiency promotes healthy aging and extends life span

    著者:

    M. Grunewald, S. Kumar, H. Sharife, E. Volinsky, A. Gileles-Hillel, T. Licht, A. Permyakova, L. Hinden, S. Azar, Y. Friedmann, P. Kupetz, R. Tzuberi, A. Anisimov, K. Alitalo, M. Horwitz, S. Leebhoff, O. Z. Khoma, R. Hlushchuk, V. Djonov, R. Abramovitch, J. Tam, E. Keshet

    雑誌:

    Science, 373, eabc8479 (2021)

    POINT!

    加齢は血管疾患のリスクファクターとして確立されているが、加齢に伴う血管機能の低下自体が臓器の生理機能に影響を及ぼす可能性がある。本研究で著者らは、加齢に伴うVEGFシグナル伝達不全がデコイ受容体sFlt1の主に大動脈、肝中心静脈、肝類洞内皮、筋毛細血管における産生増加によって引き起こされ、複数の器官において老化を促進する可能性があることを明らかにした。著者らはLAP-tTA TRE-VEGF-A164およびCdh5-tTA TRE-sFlt1のそれぞれの2重Tgマウスを作製し、テトラサイクリン投与を中止することにより肝細胞からのVEGF、および血管内皮細胞からのsFlt1が血流を介して末梢組織に供給されるマウス(VEGFマウスおよびsFlt1マウス)を用いた。これらマウスの肝臓、筋肉、褐色および白色脂肪組織における微小血管密度を調べたところ、24ヶ月齢のマウスで観察された微小血管希薄化が、VEGFマウスでは顕著に抑制されていた一方、sFlt1マウスでは促進されていることが示された。さらに、VEGFマウスは雌雄ともに生存期間の中央値や最大寿命が長く、その生存曲線から健康寿命が延びている可能性が示唆された。これらのマウスにおける健康的な加齢は、炭水化物利用率が有意に高く、褐色脂肪組織およびベージュ脂肪細胞が維持されることによる代謝および体組成が若齢時に近いことや、脂肪肝、筋細胞の核が中心部に局在する老化に特徴的な現象やミトコンドリア数の低下によるサルコペニア、骨量減少や後弯症、inflammaging、腫瘍の増加などの加齢に伴う病理がすべて改善されていたことで証明された。また、VEGFマウスの代謝表現型はアデノ随伴ウイルスを用いたVEGF-A164の過剰発現マウスでも同様に観察された。これらの結果は、マウスにおいてVEGFシグナル不全が臓器老化に影響し、この経路を調節することで哺乳類の寿命を延ばし、全身の健康状態が改善される可能性を示唆している。

    髄膜

    頭蓋と脊椎の骨髄は髄膜・中枢神経系にミエロイド細胞を供給する

    原題:

    Skull and vertebral bone marrow aremyeloid cell reservoirs for the meninges and CNS parenchyma

    著者:

    Andrea Cugurra, Tornike Mamuladze, JustinRustenhoven, Taitea Dykstra, Giorgi Beroshvili, Zev J. Greenberg, Wendy Baker, ZachPapadopoulos, Antoine Drieu, Susan Blackburn, Mitsuhiro Kanamori, SimoneBrioschi, Jasmin Herz, Laura G. Schuettpelz, Marco Colonna, Igor Smirnov andJonathan Kipnis

    雑誌:

    Science, DOI: 10.1126/science.abf7844 (2021)

    POINT!

    髄膜(meninges)は中枢神経系を包む膜状の構造物であり、髄膜中には中枢神経系の免疫監視を司る多様な免疫細胞集団が含まれている。しかしながら、髄膜中の免疫細胞の由来に関しては未だ不明な点が多い。本論文で著者らは、パラバイオーシス、頭蓋骨の部分移植、ケモカイン受容体アンタゴニストの頭蓋骨髄への局所投与などの実験系を用いて、髄膜に存在するミエロイド系細胞は、血液ではなく隣接する頭蓋骨や椎骨の骨髄から直接的に供給されることを示した。脊髄損傷や神経炎症などの炎症条件下でも、中枢神経系に浸潤するミエロイド系細胞は近接骨髄に由来し、血中のミエロイド系細胞とは異なる遺伝子発現パターンを示していた。本研究のデータは、中枢神経系の傷害や自己免疫疾患の際に浸潤する免疫細胞の起源および侵入ルートの再考を促し、髄膜あるいは頭蓋・脊椎骨髄の免疫細胞を標的とした新規治療法の確立を目指す上で重要な知見と考えられる。

    遺伝子多型

    免疫関連疾患における免疫細胞ごとの遺伝子多型大規模データベースの構築

    原題:

    Dynamic landscape of immune cell-specific gene regulation in immune-mediated disease

    著者:

    Mineto Ota, Yasuo Nagafuchi, Hiroaki Hatano, Kazuyoshi Ishigaki, Chikashi Terao, Yusuke Takeshima, Haruyuki Yanaoka, Satomi Kobayashi, Mai Okubo, Harumi Shirai, Yusuke Sugimori, Junko Maeda, Masahiro Nakano, Saeko Yamada, Ryochi Yoshida, Haruka Tsuchiya, Yumi Tsuchida, Shuji Akizuki, Hajime Yoshifuji, Koichiro Ohmura, Tsuneyo Mimori, Ken Yoshida, Daitaro Kurosaka, Masato Okada, Keigo Setoguchi, Hiroshi Kaneko, Nobuhiro Ban, Nami Yabuki, Kosuke Matsuki, Hironori Mutoh, Sohei Oyama, Makoto Okazaki, Hiroyuki Tsunoda, Yukiko Iwasaki, Shuji Sumitomo, Hirofumi Shoda, Yuta Kochi, Yukinori Okada, Kazuhiko Yamamoto, Tomohisa Okamura and Keishi Fujio

    雑誌:

    Cell,184: 3006-3021 (2021)

    POINT!

    自己免疫疾患や自己炎症性疾患を含めた免疫関連疾患において、これまでゲノムワイド関連解析(GWAS)で疾患の発症と関わる多くの遺伝子多型が同定されてきたが、それらの遺伝子多型が発症に関わるメカニズムは明らかにされていなかった。今回筆者らは健常人と10種の免疫関連疾患患者の計416例を対象とし、末梢血中の免疫細胞を28サブセットに分類した大規模な免疫細胞の遺伝子発現解析と全ゲノム配列解析を行なった。このデータセットは過去のeQTL研究で得られた結果と高い一致率を示しただけでなく、既報のGWASと組み合わせることにより、各疾患の発症と関わる免疫細胞種を同定できたり、偽陽性を多く含むeQTL variantからさらに真のvariant候補を抽出したり(fine mapping)、plasmablastやpDCなどのminor populationにおいても免疫細胞特異的な遺伝子多型を検出したりすることができた。既存のデータベースと比較しても大規模かつ極めて詳細であり、さらに欧米における遺伝子多型解析が多かった中でアジア人種の日本人のデータが示されたことも特筆に値する。本データはImmunexUTにてウェブ上に公開されており、今後多くの免疫研究者にとって非常に有用なデータベースとなることであろう。

    前転移ニッチ

    転移における主要な免疫抑制機構を遺伝子編集ミエロイド細胞により調整する

    原題:

    Genetically engineered myeloid cells rebalance the core immune suppression program in metastasis

    著者:

    Sabrina Kaczanowska, Daniel W. Berry, Vishaka Gopalan, Arielle K. Tycko, Haiying Qin, Miranda E. Clements, Justin Drake, Chiadika Nwanze, Meera Murgai, Zachary Rae, Wei Ju, Katherine A. Alexander, Jessica Kline, Cristina F. Contreras, Kristin M. Wessel, Shil Patel, Sridhar Hannenhalli, Michael C. Kelly and Rosandra N. Kaplan

    雑誌:

    Cell, 184: 2033-2052 (2021)

    POINT!

    がんの転移において、臨床的に転移が診断される以前から遠隔臓器の微小環境の変化が起こることが知られている。この特殊な微小環境は前転移ニッチと呼ばれ、原発巣由来の液性因子や細胞外小胞の作用により、間質細胞の活性化、フィブロネクチン産生及びケモカイン分泌の増加、骨髄由来細胞の集積などが引き起こされ、転移がん細胞が生着・増殖しやすい環境が構築されている。そのため、前転移ニッチの制御によりがんの転移を抑制できる可能性が示唆されている。筆者らは、まずマウス横紋筋肉腫細胞M3-9-Mの同所性移植モデルを用いて肺の前転移ニッチにおける免疫細胞の網羅的解析を行なった。このモデルでは、移植後22日でがん細胞の肺への転移が確認されるため、移植後5~20日を「前転移」と定義した。がん細胞移植後15日以降において、移植マウスの肺では単球、マクロファージ、顆粒球、樹状細胞などのミエロイド系細胞が増加し、CD4+T細胞が有意に減少していることが明らかになった。また、移植から15日後の肺の網羅的遺伝子発現解析において、T細胞性免疫の抑制、ミエロイド細胞の活性化、免疫抑制性ミエロイドマーカーの上昇などがみられた。この結果から、前転移ニッチに集積するミエロイド細胞を標的とすることで、抑制的な免疫微小環境を調整することが可能ではないかと考えた。筆者らは、マウス骨髄細胞由来造血幹細胞・前駆細胞(HSPCs)にIL-12遺伝子を導入し、IL-12分泌ミエロイド細胞を作製した(IL12-GEMy)。M3-9-M移植から12日後にIL12-GEMyを静脈内投与したところ、肺に集積するCD4+およびCD8+T細胞の数が有意に増加した。また、IL12-GEMy投与から3日後の肺の網羅的遺伝子発現解析において、T細胞性免疫の活性化およびミエロイド細胞の抑制がみられた。さらに、がん細胞移植後22日における肺転移が有意に減少し、生存期間の延長が示された。抗原特異的T細胞移植療法または抗癌剤投与療法との併用療法を検証したところ、IL12-GEMy投与はそれらの治療の効果を増強することも明らかになった。筆者らは、遺伝子編集ミエロイド細胞の投与により前転移ニッチの免疫微小環境を調整し、がん転移を抑制するという新たな治療法の可能性を提示した。

    損傷修復

    人工膝関節置換術後の関節組織およびリンパ節における免疫・修復反応

    原題:

    Immune and Repair Responses in Joint Tissues and Lymph Nodes after Knee Arthroplasty Surgery in Mice

    著者:

    Yunwei Xia, Upneet K. Sokhi, Richard D. Bell, Tania Pannellini, Kathleen Turajane, Yingzhen Niu, Laura Frye, Max Chao, Ugur Ayturk, Miguel Otero, Mathias Bostrom, David Oliver, Xu Yang and Lionel B. Ivashkiv

    雑誌:

    J. Bone Miner. Res., DOI: 10.1002/jbmr.4381 (2021)

    POINT!

    損傷を受けた組織の修復は、好中球・単球等が異物除去を行うphase(炎症期)と、それに引き続いて組織をリモデリングするphase(組織修復期)から構成され、この両者のバランスは効果的な創傷治癒に重要である。人工膝関節全置換術後の重要な合併症の一つである関節線維症はこのバランスが破綻した状態と考えられているが、関節線維症の詳細な病態は明らかになっていない。そこで、筆者らは関節線維症の病態を明らかにすべく、脛骨にインプラントを挿入したマウスを用いて、関節組織内および所属リンパ節内における炎症反応の変化を解析した。その結果、インプラント挿入後、関節内では、まずIL-6やStat3等による急性期反応が惹起された後、一般的な創傷治癒で観察されるMacrophage type2 (M2)の活性化を介した組織修復がおきるのではなく、IFN-STAT-IRF signal pathway→NFκB/IL-1/PGE2 signal pathway→TGFβ/PDGF signal pathwayという独特な経路を介した組織修復がおきることを発見した。IFN系の発現が誘導される点が特徴的であり、IFNはIL-1やPGE2の繊維化促進を抑制しているものと考えられる。なお、後期(繊維化期)にはHOTAIR制御経路が活性化していることも特徴的で、このことはPRC2およびLSD1阻害剤が関節の線維化を予防に有用である可能性を示した。

    細胞老化

    乳腺上皮においてRANKは細胞老化と幹細胞性を誘導し、腫瘍発生を遅延させる一方で腫瘍悪性度を増強させる

    原題:

    RANK links senescence to stemness in the mammary epithelia, delaying tumor onset but increasing tumor aggressiveness

    著者:

    Sandra Benítez, Alex Cordero, Patricia G.Santamaría, Jaime Redondo-Pedraza, Ana S. Rocha, Alejandro Collado-Solé, MariaJimenez, Adrian Sanz-Moreno, Guillermo Yoldi, Juliana C. Santos, Ilaria DeBenedictis, Clara Gómez-Aleza, Sabela Da Silva-Álvarez, Kevin Troulé , GonzaloGómez-López, Noelia Alcazar, Ignacio Palmero, Manuel Collado, Manuel Serrano,and Eva Gonzalez-Suarez

    雑誌:

    Developmental Cell, 56: 1-15(2021)

    POINT!

    ストレスによって誘導される細胞老化は腫瘍抑制性であると考えられてきたが、近年では腫瘍促進の一面もあることが報告されている。本論文ではRANKが乳腺上皮の細胞老化を誘導し、腫瘍の発生を遅延させるが結果的には悪性度を増強させていることを示している。筆者らは、乳がん自然発症モデル(Neu+/- or  PyMT+/- background)において、RANKを過剰発現しているマウス(RANK+/tg)では乳腺上皮の細胞老化が誘導されること、また乳がんの発症が遅延することを発見した。これを裏付けるためにRANK ligandの投与によって乳腺上皮の細胞老化が誘導されることをin vivo, in vitro両方の系で確認した。さらに、このRANK誘導性の細胞老化がp16/p19を介していることをRANK+/tg; p16/p19-/-マウスを用いて証明した。RANK+/tgマウスでの細胞老化はRANKを高発現している管腔細胞に限定される一方で幹細胞性は基底細胞と管腔細胞両方に認めることがRNA-seqの解析で示された。これは老化細胞からAutocrineまたはParacrineの機序で幹細胞性が誘導されるためと考えられる。Navitoclax(老化細胞除去薬剤)を使用するとRANK誘導性の老化細胞は消失し、さらに幹細胞性を示すMammosphereの形成も著減することが示された。これらのことからRANKに誘導される細胞老化は幹細胞性の形成に必須であることが示唆された。以上の結果よりRANKが乳がんの幹細胞性を増強することが予想された。実際にRANK+/tgマウスでは乳がんの進展が早く、肺転移も起こりやすいことが証明された。公開されているヒト乳がんのデータベース(TCGA dataset)を解析したところ、乳がん細胞(luminal subtype)のRANK発現と細胞老化関連遺伝子発現との間に相関を認めた。したがって臨床的にもRANKの発現と細胞老化と幹細胞性には関連があることが示唆された。本論文はRANKシグナルによる乳腺発達、がん発生、がん転移に新たな知見を加えるものであり、がんの予防や治療につながる可能性がある。

    セレノプロテイン

    セレノプロテインWは破骨細胞の過活性を阻害することで生理学的な骨リモデリングを確保する

    原題:

    Selenoprotein W ensures physiological bone remodeling by preventing hyperactivity of osteoclasts

    著者:

    Hyunsoo Kim, Kyunghee Lee, Jin Man Kim, Mi Yeong Kim, Jae-Ryong Kim, Han-Woong Lee, Youn Wook Chung, Hong-In Shin, Taesoo Kim, Eui-Soon Park, Jaerang Rho, Seoung Hoon Lee, Nacksung Kim, Soo Young Lee, Yongwon Choi and Daewon Jeong

    雑誌:

    Nat. Commun., 12: 2258 (2021)

    POINT!

    セレノシステインの形でをセレンを含んでいるセレノプロテインは骨リモデリングに重要であるがそのメカニズムの詳細は不明であった。RANKL誘導性破骨細胞のGeneChip解析を行いセレノプロテインW(SELENOW)を同定した。筆者らは破骨細胞前駆細胞にSELENOWが発現しているが、RANKLによる刺激後に発現が低下することを見出した。SELENOWのノックアウトマウスおよびLysM-Creによってマクロファージ系列特異的にSELENOWを特異的に欠失させたマウスでは破骨細胞分化が阻害され骨量が増加した一方で、SELENOWを高発現させたマウスでは破骨細胞分化が亢進し骨粗鬆症の表現型を示した。いずれのマウスでも骨芽細胞数はコントロールと変わらなかった。構成的にSELENOWを発現させると、破骨細胞の骨吸収活性は上昇しアポトーシスは抑制された。さらに破骨細胞成熟のために重要な細胞融合を刺激した。これらの結果により、RANKL刺激後に観察されるSELENOWの発現減少は、破骨細胞が過剰に活性化することを防ぎ、骨粗鬆症を抑えていると考えられる。彼らの報告により、セレンが骨代謝に重要な役割を果たすことがわかった。

    IL-17A

    抗IL-17A抗体の局所への持続的な投与はマウス歯周炎モデルにおける炎症性骨破壊を抑制する

    原題:

    Local Sustained Delivery of Anti-IL-17A Antibodies Limits Inflammatory Bone Loss in Murine Experimental Periodontitis

    著者:

    Cinthia M. F. Pacheco, Katia L. M. Maltos, Mostafa S. Shehabeldin, Laura L. Thomas, Zhe Zhuang, Sayuri Yoshizawa, Konstantinos Verdelis, Sarah L. Gaffen, Gustavo P. Garlet, Steven R. Little, Charles Sfeir

    雑誌:

    J. Immunol., 206(10): 2386-2392 (2021)

    POINT!

    IL-17Aは、感染防御を担うサイトカインであるが、破骨細胞分化を促進する作用もあるため、歯周炎においては病態の改善と悪化の両方に関与しうる。著者らは、歯周炎に対する抗IL-17A療法の有効性を検討した。マウス臼歯の絹糸結紮モデルに対して、乳酸-グリコール酸共重合体の微小粒子 (PLGA-MP) を用いた抗IL-17A抗体 (抗IL-17A MP) の歯周組織局所への持続的なドラッグデリバリーを行なった。歯周炎の誘導に伴い組織中のIl17a発現は上昇するが、抗IL-17A MP投与によって抗体の血中濃度は持続的に上昇したため、治療効果が期待された。このマウスの歯槽骨をμCTにて評価したところ、対照群と比較して有意に骨吸収が抑制された。また、組織学的解析の結果、歯槽骨における破骨細胞の形成も抑制されていた。歯周炎局所の遺伝子発現解析の結果、抗IL-17A MP投与により歯周炎誘導後早期のIl6発現が抑制された。細菌学的な解析はなされていないものの、歯周炎に対する抗IL-17A療法の有効性が示唆された。

    カルシトニン

    視索前野中央部におけるカルシトニン受容体シグナルにより母マウスは危険を冒して育児を行う

    原題:

    Calcitonin receptor signaling in the medial preoptic area enables risk-taking maternal care

    著者:

    Chihiro Yoshihara, Kenichi Tokita, Teppo Maruyama, Misato Kaneko, Yousuke Tsuneoka, Kansai Fukumitsu, Eri Miyazawa, Kazutaka Shinozuka, Arthur J. Huang, Katsuhiko Nishimori, Thomas J. McHugh, Minoru Tanaka, Shigeyoshi Itohara, Kazushige Touhara, Kazunari Miyamichi, Kumi O. Kuroda

    雑誌:

    Cell Rep., 35(9): 109204 (2021)

    POINT!

    未成熟な個体を守り育てる育児行動は、時として親個体の生存に不利に働くことがある。種の保存のためには、そういった危険な状況でも子育ての意欲を失わない必要がある。母性行動には内側視索前野 (cMPOA) が重要であることが分かっている。著者らは、育児行動中の母マウスの脳組織を詳細に観察し、cMPOAおよび前交連核 (ACN) でカルシトニン受容体 (Calcr) 陽性細胞が活性化することを発見した。ウイルスベクターを用いた神経細胞の標識によって、Calcr陽性cMPOAニューロンへの投射経路が処女マウスと母マウスでは大きく異なり、後者では側坐核からの入力が多いことがわかった。また、Calcr陽性cMPOAニューロンは処女マウスでは主にグルタミン作動性である一方、母マウスではGABA作動性であるなど、このニューロンの性質は出産に伴い大きく変わることが見出された。このニューロンの育児行動における機能を明らかにするために、CalcrCreマウスのcMPOAにCre依存的にテタヌス毒素を発現するウイルスベクターを投与した。これらのマウスは産仔数に異常はないものの、育児行動に異常をきたしたため仔の生存率が低下した。DREADD法により育児未経験のオスのマウスのCalcr陽性cMPOAニューロンを活性化した際には同居させた仔マウスの食殺が減少した。Calcrは、カルシトニン以外にもCGRPファミリー分子を結合することが知られている。脳内ではカルシトニンが発現せず、他の部位で産生されたカルシトニンが血液脳関門を超えて脳に移行することはできないため、脳内にカルシトニン以外のCalcrリガンドが存在すると考え、探索を行なった。その結果、MPOAにおいてCalcr陽性ニューロンとは異なるニューロンが、Calcrリガンドの一つamylinを発現することを見出した。Amylinの遺伝子発現は周産期に増加し、amylin陽性ニューロンは仔マウスとの接触によってエストロゲンおよびプロラクチン依存的に活性化した。Amylin欠損マウスは正常に妊娠、出産、育児を行なったが、高架式十字迷路を利用した危険な状況でのレトリービング実験ではレトリービング行動に変化が見られた。以上より、視床下部におけるカルシトニン受容体シグナルは強いストレス下での育児行動を制御することが明らかになった。

    骨形成不全症

    TENT5AによるmRNAのポリアデニル化は正常な骨形成に必要である

    原題:

    Cytoplasmic polyadenylation by TENT5A is required for proper bone formation

    著者:

    Olga Gewartowska, Goretti Aranaz-Novaliches, Pawel S. Krawczyk, Seweryn Mroczek, Monika Kusio-Kobialka, Bartosz Tarkowski, Frantisek Spoutil, Oldrich Benada, Olga Kofronova, Piotr Szwedziak, Dominik Cysewski, Jakub Gruchota, Marcin Szpila, Aleksander Chlebowski, Radislav Sedlacek, Jan Prochazka, Andrzej Dziembowski

    雑誌:

    Cell Rep, 35(3): 109204 (2021)

    POINT!

    骨形成不全症は、骨基質分子であるコラーゲン線維の合成に異常が起こる骨系統疾患である。現在、臨床的には21の病型に分類されているが、近年18型骨形成不全症の原因遺伝子としてTENT5Aが発見された。同じTENT5ファミリー分子のTENT5Cについては、ポリアデニル化を介したmRNAの安定化が報告されているものの、TENT5Aの機能は不明である。そこで、著者らはTent5a欠損マウスを作出・解析した。このマウスの体長は短く、骨や軟骨の低形成、肋骨の自然骨折が見られた。TENT5Aのレポーターマウスを作出したところ、骨芽細胞で高い発現を認めたため、この分子の骨芽細胞における機能の解析を行なった。Tent5a欠損骨芽細胞では、分化や石灰化の低下が見られた。また、DirectRNA sequencing (DRS) 法により、骨基質分子の合成に関わる遺伝子のpolyA長の短縮が認められた。組織学的解析により、Tent5a欠損マウスでは、コラーゲン原線維の形成不全が認められた。TENT5Aの指向性を解析したところ、比較的短くGCリッチで3’UTRが短いmRNAが標的となる傾向が見出された。以上より、18型骨形成不全症の原因遺伝子TENT5Aの機能が明らかになった。

    骨転移

    骨微小環境は骨に転移したがん細胞を活性化し、さらなる転移を促す

    原題:

    The bone microenvironment invigorates metastatic seeds for further dissemination

    著者:

    Weijie Zhang, Igor L. Bado, Jingyuan Hu, Ying-Wooi Wan, Ling Wu, Hai Wang, Yang Gao, Hyun-Hwan Jeong, Zhan Xu, Xiaoxin Hao, Bree M. Lege, Rami Al-Ouran, Lucian Li, Jiasong Li, Liqun Yu, Swarnima Singh, Hin Ching Lo, Muchun Niu, Jun Liu, Weiyu Jiang, Yi Li, Stephen T.C. Wong, Chonghui Cheng, Zhandong Liu, and Xiang H.-F. Zhang

    雑誌:

    Cell, 184, 2471–2486(2021)

    POINT!

    近年の研究の結果、多くの転移が他の転移巣からのさらなる転移によって開始されることが示唆されていたが、そのメカニズムは解明されていなかった。著者らは選択的に後肢の骨に転移させる方法としてMDA-MB231、MCF7、PC3などのがん細胞を外腸骨動脈へ注入する方法と、先に静脈から全身へ回る外腸骨静脈へ注入する方法などを比較し、骨転移からの二次転移はより早く、広範囲に他臓器へ転移する能力が高まる可能性を示した。この現象をさらに確認するため、ドキシサイクリンによって誘導されるCas9によりランダムな遺伝子変異をgRNAに蓄積させ、遺伝子バーコードとして解析可能なシステムを導入して乳腺脂肪体に移植し、腫瘍が1 cm3に達した時点で切除し、ドキシサイクリンでCas9発現を誘導した。この方法によって転移を追跡し、原発巣、骨髄、他臓器でのクローン多様性を調べたところ、ほとんどの転移はマルチクローナルであり、骨の微小環境が乳がんや前立腺がんの細胞をさらに転移させ、他の遠隔臓器への二次転移を引き起こすことが示された。さらに著者らはMDA-MB-231細胞由来クローンで非転移性のSCP21細胞を用い、乳腺脂肪体、肺、後肢骨に注入し腫瘍を形成させた。6週間後、これらの臓器からがん細胞を採取して左心室に注入すると、骨微小環境に置かれたSCP21細胞は遠隔臓器でのコロニー形成能が高く、複数の部位に非常に大きな腫瘍を形成することが示された。著者らの研究で骨微小環境のがん細胞でのヒストンメチル基転移酵素EZH2の重要性が明らかにされていることから、この分子に着目した。骨微小環境に置かれたSCP21細胞と他の細胞を比較したところ、骨に取り込まれた細胞ではEZH2活性が高く、骨微小環境に置かれたSCP21細胞を左心室注入前にEZH2阻害剤EPZ011989で一時的にin vitroで処理すると、転移の促進能が顕著に低下した。さらに誘導性にEZH2がノックダウン可能なMDA-MB-231細胞を作製し骨に注入後EZH2をノックダウンすると、骨での増殖には変化がなかった一方、他臓器への二次転移を減少させた。以上から、本研究は骨微小環境が転移の進展に果たす役割を明らかにするとともに、多臓器転移を引き起こすエピジェネティックなリプログラミングの過程を解明した。

    骨細胞トランスクリプトーム

    骨細胞のトランスクリプトームマッピングにより同定された骨格恒常性と骨格疾患への感受性を制御する分子の全体像

    原題:

    Osteocyte transcriptome mapping identifies a molecular landscape controlling skeletal homeostasis and susceptibility to skeletal disease

    著者:

    Scott E. Youlten, John P. Kemp, John G. Logan, Elena J. Ghirardello, Claudio M. Sergio, Michael R. G. Dack, Siobhan E. Guilfoyle, Victoria D. Leitch, Natalie C. Butterfield, Davide Komla-Ebri, Ryan C. Chai, Alexander P. Corr, James T. Smith, Sindhu T. Mohanty, John A. Morris, Michelle M. McDonald, Julian M. W. Quinn Nenad Bartonicek, Matt Jansson, Konstantinos Hatzikotoulas Ana Beleza-Meireles, Fernando Rivadeneira, Emma Duncan, Amelia R. McGlade, Melita D. Irving, J. Brent Richards, David J. Adams, Christopher J. Lelliott, Robert Brink, Tri Giang Phan, John A. Eisman, David M. Evans, Eleftheria Zeggini, Paul A. Baldock, J. H. Duncan Bassett Graham R. Williams, and Peter I. Croucher

    雑誌:

    Nat Commun, 12, 2444 (2021)

    POINT!

    骨細胞は骨格を制御する重要な細胞である。著者らは、この複雑な細胞ネットワークを制御する遺伝子と分子プログラムを明らかにするために、マウス骨細胞のトランスクリプトーム解析を行った。4、10、16、26週齢のオスおよびメスマウス上腕骨のRNA-seq解析を行ったところ、骨細胞が積極的に発現する遺伝子の総数は骨格の成熟に伴って増加し、81%の遺伝子が雌雄の全ての週齢で共通して発現していた。週齢間での遺伝子発現の比較から、成長期に発現する骨細胞のトランスクリプトームは成体骨格とは異なることが示された。また、雌雄間では成熟した骨格では違いが観察されたが、4週齢および10週齢では有意な違いはなかった。次に、骨髄や骨ライニング細胞を除去した骨とそれらを残した骨とを比較・解析し、1777遺伝子を同定した。さらに、骨髄や血液、筋肉などで発現する538遺伝子を除外し、骨細胞で有意に発現する1239遺伝子を他の細胞と区別する骨細胞トランスクリプトームシグネチャーとして定義した。これらには、SostDkk1MepeDmp1Tnfrsf11bWnt1Fgf9Irx5など、骨格での機能が確立されている遺伝子が含まれていた。また、Tnfsf11は骨細胞で発現はしていたが、骨細胞トランスクリプトームシグネチャーには含まれていなかった。さらに、これらのうち78%はこれまでに骨格における役割が示されておらず、細胞間神経ネットワークの形成を制御する遺伝子が豊富に含まれていた。また、骨細胞トランスクリプトームシグネチャー遺伝子が骨格において機能的な役割を果たしているかどうかを確認するために、OBCDデータベースで骨格表現型が解析された733のノックアウトマウス系統のうち、64の骨細胞トランスクリプトームシグネチャー遺伝子ノックアウトマウスを調べたところ、Daam2などの機能既知遺伝子や、Auts2Dact3Ldlrad4などの骨における機能が報告されていない遺伝子を含む26系統で(41%)で骨格の構造的もしくは機能的な表現型が確認された。最後に著者らは、骨細胞トランスクリプトームシグネチャー遺伝子とヒト疾患の関係性を検討したところ、骨形成不全症などの単一遺伝子性の骨格疾患を引き起こすヒトオルソログが多く含まれることや、多遺伝子性疾患である骨粗鬆症や変形性関節症と関連していることがわかった。以上の結果から、本研究は骨細胞のネットワークと機能を制御する分子プログラムの全体像を明らかにし、ヒト骨格疾患における骨細胞の重要性が証明された。

    RANKL

    RANKLは男性生殖機能を制御する

    原題:

    RANKL regulates male reproductive function

    著者:

    Martin Blomberg Jensen, Christine Hjorth Andreassen, Anne Jørgensen, John Erik Nielsen, Li Juel Mortensen, Ida Marie Boisen, Peter Schwarz, Jorma Toppari, Roland Baron, Beate Lanske, and Anders Juul

    雑誌:

    Nat Commun, 12, 2450 (2021)

    POINT!

    男性不妊の原因となる精子濃度の低下、運動性の低下、精子形態の異常などのメカニズムは完全には解明されてはいないが、セルトリ細胞の機能が重要な役割を果たす。Runx2やOsterix、オステオカルシンは精巣でも発現していることから、骨関連分子の中には性腺で局所的に作用し、精巣機能に影響を与えるものがあることが示唆されていた。本研究で著者らは、マウスとヒトの精巣においてRANKLシグナルが活性化していることを明らかにした。RANKL発現はセルトリ細胞や一部の精母細胞、精子細胞にみられ、RANKは生殖細胞に発現しており、精原細胞と精子細胞で最も顕著に発現していた。一方、OPGは精原細胞、一部の精細管周囲細胞、精細管周囲細胞と精原細胞の境界、多くの精母細胞と精子細胞で発現していた。また、精巣では可溶型RANKL(sRANKL)と膜型RANKLがともに発現していた。マウスにOPGを投与すると精巣重量および精子数が一時的に増加し、RANKLを全身またはセルトリ細胞特異的に欠損したマウスでは、コントロールマウスと比較して精子数が多く、雄性生殖能力が高かった。ヒト精液中のsRANKL濃度は血清中と比較して100倍程度高く、さらに不妊男性は健常男性よりも精液中sRANKL濃度が高く、血清中sRANKL濃度は低かった。精液中sRANKL濃度は、全精子数よりも高い特異性で健常男性と不妊男性を区別することができる可能性が示された。不妊男性にデノスマブを1回投与すると、精液中sRANKL濃度が低下し、血中インヒビンBおよび抗ミューラー管ホルモン濃度が上昇したが、総精子数や精子濃度などには変化がみとめられなかった。一方で、前進運動能をもつ精子数は一部のグループ(投与前の血中OPG濃度が高いグループ)でのみ上昇することが明らかにされた。以上から、RANKLシグナルは精液の質や男性の生殖能力に影響を及ぼす男性生殖機能の調節因子であることが示唆された。

    関節リウマチ

    形質細胞は関節リウマチの傍関節性骨粗鬆症を誘導する

    原題:

    Plasma cells promote osteoclastogenesis and periarticular bone loss in autoimmune arthritis

    著者:

    Noriko Komatsu, Stephanie Win, Minglu Yan, Nam Cong-Nhat Huynh, Shinichiro Sawa , Masayuki Tsukasaki, Asuka Terashima, Warunee Pluemsakunthai, George Kollias, Tomoki Nakashima and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    J. Clin. Invest., 131: e143060. (2021)

    POINT!

    関節リウマチでは関節破壊だけでなく、炎症関節の近傍や全身性の骨粗鬆症も誘導される。傍関節性骨粗鬆症は関節の臨床所見が現れる前に発症するがそのメカニズムは不明な点が多い。筆者らは炎症関節近傍の骨の骨髄に存在する抗体を産生する形質細胞が高いRANKLを発現しており、B細胞と比較して強力な破骨細胞誘導能をもつことを見出した。また関節の腫脹に先立って傍関節骨粗鬆症の発症とともに炎症関節近傍の骨の骨髄中の形質細胞の細胞数の増加が認められた。さらにコラーゲン誘導性関節炎感受性のDBA1/J背景のB細胞系列特異的RANKL欠損マウスを樹立し、B細胞系列由来のRANKLが傍関節性骨粗鬆症をひきおこすことを明らかにした。関節においては滑膜線維芽細胞が主要なRANKL 発現細胞として関節破壊に関わることを生体レベルで実証することに成功した。本研究により関節リウマチにおける傍関節性骨粗鬆症の新しいメカニズムを解明するとともに形質細胞が治療標的になりうることが示された。

    骨髄微小環境

    骨形成とリンパ球新生のための機械感受性細動脈周囲ニッチ

    原題:

    A mechanosensitive peri-arteriolar niche for osteogenesis and lymphopoiesis

    著者:

    Bo Shen, Alpaslan Tasdogan, Jessalyn M. Ubellacker, Jingzhu Zhang1, Elena D. Nosyreva, Liming Du, Malea M. Murphy, Shuiqing Hu, Yating Yi, Nergis Kara1, Xin Liu, Shay Guela, Yuemeng Jia, Vijayashree Ramesh, Claire Embree, Evann C. Mitchell, Yunduo C. Zhao, Lining A. Ju, Zhao Hu, Genevieve M. Crane, Zhiyu Zhao, Ruhma Syeda and Sean J. Morrison

    雑誌:

    Nature, 591: 438–444 (2021)

    POINT!

    レプチン受容体(LEPR)を発現する成獣骨髄のストローマ細胞は、造血幹細胞および早期の血球系前駆細胞を維持するための、幹細胞因子(SCF)を含む成長因子の重要な供給源だと知られている。LEPR+細胞は、骨格幹細胞や骨形成および脂肪生成前駆細胞を含む不均一だが、これらのサブセットを区別したり、それらの機能を比較したりするために利用できるマーカーがほとんどないという問題がある。筆者らは、細動脈周囲LEPR+細胞の一部にオステオレクチンが発現しており、オステオレクチン陽性LEPR+細胞は骨形成の前駆細胞を、オステオレクチン陰性LEPR+細胞は脂肪細胞の前駆細胞を多く含むことを示した。また、この細動脈周囲オステオレクチン陽性細胞は加齢とともに減少することもわかった。成獣マウスにおいて誘導的にオステオレクチン陽性細胞特異的にSCFを欠損させる(OlniCreER/+; Scffl/flマウス)と、造血幹細胞や大部分の前駆細胞の維持には影響しなかったが、リンパ球共通前駆細胞の割合が減少し、リンパ球形成、細菌クリアランス、および急性細菌感染後の生存率が低下することがわかった。興味深いことに細動脈周囲のオステオレクチン陽性細胞とリンパ球共通前駆細胞の割合は自発走運動で増加したが、尾部懸垂による後肢非荷重では減少した。筆者たちはオステオレクチン陽性細胞特異的に機械感受性イオンチャネルPIEZO1を欠失させる(OlnmT/iCreER;Piezo1fl/flマウス)と、オステオレクチン陽性細胞およびリンパ球共通前駆細胞が共に減少することを示し、細動脈周囲のオステオレクチン陽性細胞の維持には機械的刺激が必要であると報告した。このOlnmT/iCreER;Piezo1fl/flマウスは感染時の細菌クリアランス能もコントロールと比べて低下していた。以上のように、骨髄の骨形成およびリンパ球形成のための動脈周囲のニッチは機械的刺激によって維持されており、加齢に伴い減っていくことが報告された。

    ドラッグデリバリー

    関節リウマチ滑膜中のマクロファージと破骨細胞特異的なアポトーシス促進は進行期の関節炎にも有用である

    原題:

    Targeted apoptosis of macrophages and osteoclasts in arthritic joints is effective against advanced inflammatory arthritis

    著者:

    Caifeng Deng, Quan Zhang, Penghui He, Bin Zhou, Ke He, Xun Sun, Guanghua Lei, Tao Gong and Zhirong Zhang

    雑誌:

    Nat. Commun., 12: 2174 (2021)

    POINT!

    関節リウマチ患者の滑膜では、マクロファージおよび破骨細胞のアポトーシスが抑制されており、そのことが持続的な炎症・骨破壊に寄与していることが知られている。本研究では、アポトーシスを誘発する薬剤であるcelastrol(CEL)を、これらの細胞特異的にdeliverする方法を見出した。著者らは、drug deliveryのための担体として既に広く使用されているPLGA nano particle (NPs)にCELを付与し (CEL-NPs)、PEG鎖とRGD配列を付加した。さらにoff targetな作用を減らすため、PEG鎖にMMP9 cleavable peptideを挿入し、MMP9存在下でPEG鎖が切断されることで、RGD配列が露出し、マクロファージおよび破骨細胞表面に発現するαvβ3インテグリンを介して細胞内に取り込まれるような酵素反応性のnano particle(CEL-PRNPs)を作製した。筆者らはまず、CEL-PRNPsがin vitroにおいて、RA患者PBMCs・ラットBMCs由来のLPS刺激活性化マクロファージおよび破骨細胞に効果的に取り込まれ、これらのアポトーシスを促進することを確認した。次に、AIAラットでの投与実験を実施し、CEL-PRNPsが肝臓や脾臓等の他臓器のマクロファージを障害することなく、関節炎症部位のマクロファージおよび破骨細胞のみにアポトーシスが誘導することで、炎症を軽減することを証明した。驚くべきことに、骨破壊が既に進行した関節炎発症後期(関節炎誘発17日後)からCEL-PRNPsを投与開始した実験では、炎症改善はもちろん、健常関節と比較して遜色ない程度に骨・軟骨再生がしていた。以上から、CEL-PRNPsによる関節リウマチ滑膜中のマクロファージ・破骨細胞特異的なアポトーシスの誘導は、進行した炎症性関節炎の炎症寛解のみならず、骨・軟骨の修復、二次性骨粗鬆症の予防にもつながることが示唆された。

    gdT細胞

    gdT細胞による栄養素の感知

    原題:

    gdT cells regulate the intestinal response to nutrient sensing

    著者:

    Zuri A. Sullivan, William Khoury-Hanold, Jaechul Lim, Chris Smillie, Moshe Biton, Bernardo S. Reis, Rachel K. Zwick, Scott D. Pope, Kavita Israni-Winger, Roham Parsa, Naomi H. Philip, Saleh Rashed, Noah Palm, Andrew Wang, Daniel Mucida, Aviv Regev and Ruslan Medzhitov

    雑誌:

    Science, 371:eaba8310 (2021)

    POINT!

    腸は外界からのバリア機能を維持しつつも栄養素を取り込む機能をもつ。小腸における、栄養取り込みがどのように制御されているのかを検証するため、筆者らは、主要栄養素の配合比率が異なる餌をマウスに給餌し、腸管上皮細胞の遺伝子発現変化を解析した。炭水化物を多量に含む餌を与えた結果、これらを消化する酵素群やトランスポーターの遺伝子発現が上昇した。このような”on demand”な遺伝子発現制御は、gdT細胞が3型自然リンパ球から産生されるIL-22の発現を抑制することで制御されていることが示された。また、gdT細胞の局在と遺伝子発現は腸の栄養状態によって変化することも示された。さらに、餌に含まれる栄養素によって、腸管上皮を構成する細胞群のリモデリングが生じることがわかった。以上の結果より、gdT細胞が栄養状態の感知に関与することを同定した。

    自然リンパ球

    Interleukin-17DはCD93との結合を介して3型自然リンパ球の機能を制御する

    原題:

    Interleukin-17D regulates group 3 innate lymphoid cell function through its receptor CD93

    著者:

    Jinling Huang, Hae-youn Lee, Xiaohong Zhao, Jinyi Han, Yang Su, Qinli Sun, Jing Shao, Jiwan Ge, Yuxi Zhao, Xue Bai, Yi He, Xinquan Wang, Xiaohu Wang and Chen Dong

    雑誌:

    Immunity, 54: 673-686 (2021)

    POINT!

    IL-17 familyは生体防御や自己免疫疾患の発症に関与することが知られているが、IL-17Dに関しては理解が少ない。筆者らは腸管上皮由来のIL-17Dが3型自然リンパ球(ILC3: group3 innate lymphoid cell)の機能を制御し、腸管恒常性を維持していることをこの論文で示した。まず、筆者らは全身の臓器のIl17dの発現を Real-time RT-PCR法で評価し、大腸で特に発現が高いことを見出した。次にIl17d欠損マウスではDSS誘導性大腸炎が悪化することを示した。また大腸炎モデルでは血球系細胞ではなく、腸管上皮細胞がIL-17Dを産生していることがわかった。さらにIl17d欠損マウスでは大腸におけるIl22や抗菌ペプチドであるReg3b, Reg3gの発現が低下していた。一方、IL-17Dの投与はIl17d欠損マウスの大腸炎の症状が改善させた。さらにIl17d欠損マウスでは粘膜固有層に存在するIL-22産生をするILC3が減少していることを示した。便中の16S rRNA sequencingの結果から、Il17d欠損マウスでは腸内細菌叢の多様性が減少していることが示唆された。筆者らはタンパク精製手法を駆使して既知のIL-17受容体ではなく、成熟したILC3表面に発現する糖タンパク、CD93がIL-17Dの受容体であることを証明した。最後に筆者らはILC3特異的Cd93欠損マウス(RorccreCd93flox/flox)ではIl17d欠損マウス同様にIL-22産生が低下し大腸炎が増悪することを示した。以上よりIL-17D-CD93 axisはILC3の機能を制御し腸管恒常性を維持することが判明した。

    破骨細胞分裂

    破骨細胞はRANKL刺激による骨吸収においてosteomorphを経由してリサイクルする

    原題:

    Osteoclasts recycle via osteomorphs during RANKL-stimulated bone resorption

    著者:

    Michelle M. McDonald, Weng Hua Khoo, Pei Ying Ng, Ya Xiao, Jad Zamerli, Peter Thatcher, Wunna Kyaw, Karrnan Pathmanandavel, Abigail K. Grootveld, Imogen Moran, Danyal Butt, Akira Nguyen, Sean Warren, Maté Biro, Natalie C. Butterfield, Siobhan E. Guilfoyle, Davide Komla-Ebri, Michael R.G. Dack, Hannah F. Dewhurst, John G. Logan, Yongxiao Li, Sindhu T. Mohanty, Niall Byrne, Rachael L. Terry, Marija K. Simic, Ryan Chai, Julian M.W. Quinn, Scott E. Youlten, Jessica A. Pettitt, David Abi-Hanna, Rohit Jain, Wolfgang Weninger, Mischa Lundberg, Shuting Sun, Frank H. Ebetino, Paul Timpson, Woei Ming Lee, Paul A. Baldock, Michael J. Rogers, Robert Brink, Graham R. Williams, J.H. Duncan Bassett, John P. Kemp, Nathan J. Pavlos, Peter I. Croucher, Tri Giang Phan

    雑誌:

    Cell, 184, 1330–1347 (2021)

    POINT!

    破骨細胞は、単球・マクロファージ由来の前駆細胞が融合して形成される大型で多核の細胞で、骨吸収が完了するとアポトーシスを起こすと考えられていた。本研究で著者らはLysMCre/+ tdTomatoLSL/LSLとBlimp1Egfp/+ Rag1–/–もしくはCsf1rEgfp/+マウス由来骨髄細胞を混合した骨髄キメラマウスを作製し、脛骨の生体内イメージングを行った。EGFP+tdTomato+の破骨細胞は骨内膜上の多核巨大細胞で、蛍光ラベルされたビスホスホネート取り込み能を有し、多数の細胞突起により近傍細胞と相互作用する細胞として観察された。可溶型RANKL投与によって破骨細胞を活性化すると運動性が上昇し、投与後20分以内に細胞突起が消失してさらに細胞融合が誘導された。また、長時間の観察で巨大な破骨細胞が運動性を有する小さな娘細胞に分裂する様子が観察された。これらの娘細胞は、驚くべきことに元の破骨細胞から離れて移動するだけでなく、隣接する破骨細胞と再度融合し、場合によっては娘細胞同士が融合することも観察されたことから、この現象はアポトーシスとは異なることが示され、著者らはこの破骨細胞からの分裂によって生じた娘細胞をosteomorphと名付けた。OPG-FcによるRANKL阻害はこの細胞リサイクルを阻害し、osteomorphの蓄積に至った。シングルセルRNA-seq解析の結果、osteomorphは破骨細胞やマクロファージとはmRNAレベルで異なる細胞状態であり、多くのnon-canonicalな破骨細胞遺伝子を発現していることがわかった。これらの遺伝子のうち、40遺伝子のそれぞれのノックアウトマウスを解析したところ、17のノックアウトマウスで骨の表現型が観察された。さらに、ヒトにおけるosteomorph遺伝子の一部の変異は単一遺伝子性の骨格障害を引き起こし、また骨密度と関連していることも明らかにされた。以上から、破骨細胞は骨吸収制御に関わる新たな細胞状態であるosteomorphを介してリサイクルされ、骨格疾患の治療の標的となる可能性が示された。

    IL–19

    骨細胞は好中球減少症を治療できるサイトカインであるIL–19を介して好中球の分化を制御する

    原題:

    Osteocytes regulate neutrophil development through IL-19: A potent cytokine for neutropenia treatment

    著者:

    Min Xiao, Wuju Zhang, Wen Liu, Linlin Mao, Jincheng Yang, Le Hu, Sheng Zhang, Yaling Zheng, Anling Liu, Qiancheng Song, Yuhua Li, Guozhi Xiao, Zhipeng Zou, Xiaochun Bai

    雑誌:

    Blood, doi.org/10.1182/blood.2020007731 (2021)

    POINT!

    骨細胞は骨に最も多く存在する細胞であり、造血の重要な制御因子として注目されているが、好中球の形成における骨細胞の役割とそのメカニズムは不明であった。Dmp1-Creを用いて骨細胞におけるTsc1を欠損させることでmTORC1シグナルを恒常的に活性化させたマウスでは前骨髄球・骨髄球の増殖が観察された。一方、骨細胞でRhebを欠損させることでmTORC1を不活性化させたマウスでは好中球数が減少した。著者らはRNA-seq解析によって好中球形成を活性化する骨細胞由来分子としてIL–19を同定した。実際に、mTORC1活性化マウスではNF-kBの活性化を介してIL–19発現が劇的に上昇し、免疫染色などにより骨細胞が主な産生源であることを見出した。好中球はその前駆細胞段階からIL–19受容体であるIL–20Rbを発現しており、IL–19はこの受容体からSTAT3を活性化してその増殖と好中球形成を促進した。さらに、IL–19の投与により好中球分化を促進できる一方、IL–19に対する中和抗体投与やIL–20Rbに対するsiRNAの骨髄腔への投与により、好中球形成が抑制されることも示された。重要なことに、低用量のIL–19投与はG–CSFよりも効率よく化学療法(シタラビン)、放射線照射、クロラムフェニコールによる好中球減少症を回復させた。以上の結果から、IL–19は好中球の発生に重要な役割を担っており、好中球減少症治療のための強力なサイトカインである可能性が示唆された。

    メカニカルストレス

    破骨細胞におけるJAK2-IGF1シグナルはマウス出生後の成長を制御する

    原題:

    JAK2-IGF1 axis in osteoclasts regulates postnatal growth in mice

    著者:

    David W. Dodington, Jenalyn L. Yumol, Jiaqi Yang, Evan Pollock-Tahiri, Tharini Sivasubramaniyam, Sandra M. Sacco, Stephanie A. Schroer, Yujin E. Li, Helen Le, Wendy E. Ward, and Minna Woo

    雑誌:

    JCI Insight, 6, e137045. (2021)

    POINT!

    JAK2はサイトカインや成長因子のシグナル伝達に重要な役割を果たしているが、その破骨細胞における役割はいまだ不明であった。著者らは、破骨細胞におけるJAK2の役割を明らかにするため、CtskCreマウスを用いて破骨細胞特異的JAK2欠損(Oc-JAK2–KO)マウスを作製した。Oc-JAK2–KOマウスは出生後に著しい成長障害を示したが、骨密度や骨構造、骨強度にはあまり変化がなかったことから、成長障害は通常の破骨細胞機能異常によるものではない可能性が示された。JAK2はIGF1発現制御因子として知られていることからIGF1発現を調べたところ、Oc-JAK2–KOマウスでは破骨細胞特異的なIGF1の発現が低下しており、身体のサイズ決定に破骨細胞由来IGF1が関与している可能性が示唆された。破骨細胞由来のIGF1の役割を直接評価するために、破骨細胞特異的なIGF1欠損マウスを作製したところ、Oc-JAK2–KOマウスと同様の成長障害を示した。さらに、TtrプロモーターによりヒトIGF1を過剰発現させると、Oc-JAK2–KOマウスの成長障害が回復した。以上の結果から、破骨細胞におけるJAK2とIGF1は破骨細胞の骨吸収機能とは独立して、身体サイズの決定に役割を果たしている可能性が示された。

    PTH

    SLPIはPTH誘導性骨形成制御の重要なメディエーターである

    原題:

    SLPI is a critical mediator that controls PTH-induced bone formation

    著者:

    Akito Morimoto, Junichi Kikuta, Keizo Nishikawa, Takao Sudo, Maki Uenaka, Masayuki Furuya, Tetsuo Hasegawa, Kunihiko Hashimoto, Hiroyuki Tsukazaki, Shigeto Seno, Akira Nakamura, Daisuke Okuzaki, Fuminori Sugihara, Akinori Ninomiya, Takeshi Yoshimura, Ryoko Takao-Kawabata, Hideo Matsuda & Masaru Ishii

    雑誌:

    Nat Commun, 12, 2136 (2021)

    POINT!

    破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成は、骨代謝において密接に関連している。骨同化作用を有するPTHは、骨吸収優位の状態から骨形成優位の状態へとバランスを変化させるが、この過程がPTHによってどのように協調的に調整されているかは不明であった。本研究で著者らは、PTH投与後にCol2.3-ECFPマウスからソートした骨芽細胞における遺伝子発現の網羅的解析を行い、セリンプロテアーゼ阻害剤であるSLPI (secretory leukocyte protease inhibitor) が、PTHによる骨量上昇に関わる重要な因子であることを同定した。SlpiはPTHによって骨芽細胞で強く発現し、Slpi欠損マウスではPTH間欠投与による骨形成促進効果が著しく阻害され、骨吸収が上昇した。Slpiを過剰発現する骨芽細胞は分化能が上昇し、Slpi過剰発現細胞で発現変化するタンパク質の質量分析法による網羅的解析によってSLPIによる分化促進は-cateninを介している可能性が示唆された。SLPIの骨吸収に対する影響は直接的な作用ではなく、骨芽細胞と破骨細胞の接触を促進することで骨吸収が抑制され、さらに骨形成が促進されることが示された。また、マウス頭蓋骨の生体イメージングによりCol2.3-ECFP/TRAP-tdTomatoマウスでの破骨細胞と骨芽細胞の相互作用を解析したところ、Slpi欠損によりPTH投与下で促進される骨芽細胞と破骨細胞の細胞間相互作用が阻害された。以上の結果から、SLPIは骨芽細胞と破骨細胞のコミュニケーションを制御し、PTHによる骨同化作用を促進することが明らかになった。

    造血幹細胞分化

    IL-22阻害はストレス誘導性の貧血における赤血球機能不全を回復させる

    原題:

    Blockade of IL-22 signaling reverses erythroid dysfunction in stress-induced anemias

    著者:

    Authors Mahesh Raundhal, Shrestha Ghosh, Samuel A Myers, Michael S Cuoco, Meromit Singer, Steven A Carr, Sushrut S Waikar, Joseph V Bonventre, Jerome Ritz, Richard M Stone, David P Steensma, Aviv Regev, Laurie H Glimcher

    雑誌:

    Nat Immunol, 22(4): 520–529 (2021)

    POINT!

    骨髄異形成症候群(MDS)は、増血の異常により貧血、出血傾向、易感染など様々な症状を呈する疾患である。貧血は5番染色体長腕の欠失との関連が古くから知られている。Gene Expression Commons (https://gexc.riken.jp) を用いた遺伝子発現のデータベース解析の結果、5q15に位置するセリン-スレオニンキナーゼRight open-reading-frame kinase 2 (RIOK2) が幼弱な赤芽球コロニーで高い発現を認めた。そこで、Riok2f/+Vav1creマウスを作出したところ、これらのマウスではRBC、Hb、HCTの低下といった貧血所見が認められた。赤血球分化(RI〜RIV)の解析の結果、アポトーシス増加を伴う各段階の前駆細胞の減少を認めた。フェニルヒドラジン誘導性の溶血による赤血球新生を誘導するモデルにより、RIOK2のストレス下での造血能への寄与を検討した。Riok2f/+Vav1creマウスでは対照群のマウスと比較してRIIIおよびRIV赤芽球の減少に経発する高度の貧血と回復の遅延が認められた。したがって、RIOK2は赤血球分化を制御することが示された。RIOK2の作用機序を解明するためにマススペクトロメトリー解析を行ったところ、RIOK2欠損細胞ではS100A8、S100A9、CAMP、NGPといったアラーミンの上昇が見出された他、免疫応答のパスウェイ遺伝子発現にも変化が見出された。Riok2f/+Vav1creマウス由来のTH細胞ではIL-22産生能が上昇していた。RIOK2欠損によるIL-22産生亢進のメカニズムをRNA-Seq法により解析し、p53経路の活性化を見いだした。ChIP法によりp53のIl22プロモーターへの結合が示された。P53遺伝子(Trp53)の欠損により、Riok2欠損によるIL-22産生亢進はキャンセルされた。したがって、p53はRiok2によるIL-22産生制御仲介することが明らかになった。Riok2f/+Il22+/Vav1creマウスはRiok2f/+Il22+/+Vav1creマウスと比べ末梢血中のRBC、Hb、HCTが高値であり、RIOK2欠損による貧血はIL-22を介することがわかった。赤血球前駆細胞がIL-22受容体(IL-22RA1)を発現すること、IL-22の中和抗体投与やIL-22RA1欠損によってIL-22の作用が消失することから、IL-22はサイトカイン作用によって赤血球前駆細胞を標的とし、貧血を誘導することが示された。貧血は慢性腎疾患(CKD)の主症状の一つであるが、CKD患者の血清においてIL-22が高い値を示したことから、IL-22はMDSのような遺伝子変異以外の要因で生じる貧血にも関係する可能性が示唆された。

    IL-4

    IL-4により誘導されるミクログリアはBDNF依存性の神経新生を介してストレス耐性を制御する

    原題:

    IL4-driven microglia modulate stress resilience through BDNF-dependent neurogenesis

    著者:

    Jinqiang Zhang, Peijing Rong, Lijuan Zhang, Hui He, Tao Zhou, Yonghua Fan, Li Mo, Qiuying Zhao, Yue Han, Shaoyuan Li, Yifei Wang, Wan Yan, Huafu Chen, Zili You

    雑誌:

    Sci Adv. 7(12): eabb9888 (2021)

    POINT!

    海馬の歯状回は、成体における神経新生の場であり、神経新生の活性はストレスなどによって変動しうる。グリア細胞の一つ、ミクログリアは神経系の維持に重要であるが、ストレス下での神経新生におけるミクログリアの機能には不明な点が多い。絶食、絶水、拘束などのストレッサーに暴露するモデル(chronic mild stress: CMSモデル)に対して感受性の高いマウスと低いマウスの海馬と前頭前皮質の解析により、低感受性群におけるIl4発現が認められた。In situハイブリダイゼーション法により、Il4はニューロンとミクログリアに認められた。低感受性群ではSTAT6活性化も認められたことから、IL-4シグナルがストレスに関係すると考えられた。ストレス低感受性マウスではミクログリアにおける形態変化やArg1陽性細胞の増殖も認められたことから、著者らはIL-4-ミクログリアを軸としたストレス抵抗性に着目した。アデノ随伴ウイルスによりCMSマウスの海馬でIl4を過剰発現させたところ、顕著なArg1 (M2ミクログリアマーカー)発現上昇とNos2 (iNOS遺伝子、M1ミクログリアマーカー)発現低下を認めた。組織学レベルでは、Il4過剰発現マウス海馬においてArg1陽性ミクログリアが増加し、ミクログリアは活性化していた。フローサイトメトリー解析により、同部位ではCD86およびCD206二重陽性細胞が増加していた。ミクログリアにおけるIL-4作用を解析するために、CX3CR1Cre/ERT2マウスの海馬にLoxP-CMV-EGFP-LoxP-IL4Rα-shRNAコンストラクトを有するレンチウイルスを投与し、海馬のミクログリア特異的なIL-4受容体のノックダウンを行った。その結果、これらのマウスでは、CMSモデルの実施により、Arg1陽性ミクログリアの減少を伴う鬱様行動が見られた。CMS高感受性マウスでは神経新生の低下を認めた。Il4過剰発現により神経新生に関わる遺伝子群の発現が変動し、ミクログリア特異的Il4raノックダウンにより神経新生が低下したことから、IL-4がミクログリアを介して神経新生を誘導することが示された。Il4過剰発現マウスより単離したミクログリアの培養上清を神経幹細胞に添加したところ、増殖と分化が促進された。Il4過剰発現マウスの海馬ではミクログリアによるBDNF産生が増加し、ミクログリア特異的Il4raノックダウンマウスでは低下した。BDNF受容体TrkBのシグナルをK252aで遮断したところ、IL-4による神経新生の促進効果は消失した。以上より、ストレス下において、ミクログリアはIL-4によりBDNFを産生し、神経新生を誘導することでストレスに抵抗していることが示された。

    RANK

    RANKは胸腺制御性T細胞を流産と妊娠糖尿病にリンクさせる

    原題:

    RANK links thymic regulatory T cells to fetal loss and gestational diabetes in pregnancy

    著者:

    Magdalena Paolino, Rubina Koglgruber, Shane J. F. Cronin, Iris Uribesalgo, Esther Rauscher, Jürgen Harreiter, Michael Schuster, Dagmar Bancher-Todesca, Blanka Pranjic, Maria Novatchkova, Juan P. Fededa, Andrea J. White, Verena Sigl, Sabine Dekan, Thomas Penz, Christoph Bock, Lukas Kenner, Georg A. Holländer, Graham Anderson, Alexandra Kautzky-Willer, Josef M. Penninger

    雑誌:

    Nature, 589, 442–447 (2021)

    POINT!

    妊娠が成功するかどうかは、免疫系の著しい変化を含む母体の適応に依存している。胸腺が妊娠中に著しく変化することは以前から知られていたが、このプロセスの分子的基盤や重要性についてはほとんど不明のままであった。本研究で著者らは、胸腺髄質上皮細胞におけるRANK発現依存的に、妊娠マウスの制御性T(Treg)細胞が胎盤に遊走してクローン増殖し、流産を防ぐことを明らかにした。胸腺上皮細胞でRank遺伝子を欠失させると、妊娠中の雌マウスにおける胸腺の退縮が抑制され、内在性Treg細胞の増殖が低下した。プロゲステロンは、AIRE+胸腺髄質上皮細胞依存的にRANKを介して胸腺Treg細胞の発生を促進した。また、マウス胸腺上皮におけるRank欠損により胎盤中の内在性Treg細胞の蓄積が減少し、流産の数が増加するだけでなく、内臓脂肪組織におけるTreg細胞の蓄積も減少させ、妊娠糖尿病の重要な特徴である脂肪細胞肥大化、組織炎症、巨大仔、グルコース恒常性の世代を超えた長期的な異常などが誘導された。さらに、胸腺上皮Rank欠損マウスへの野生型妊娠マウス由来の内在性Treg細胞移植により、流産や母体の耐糖能障害、巨大仔がレスキューされた。ヒトの妊娠においても、妊娠糖尿病は胎盤におけるTreg細胞数の減少と相関していることが明らかにされた。以上の知見から、RANKが妊娠中に女性ホルモンによる胸腺Treg細胞の発生を促進することが明らかにされ、母体Treg細胞の機能が妊娠糖尿病の発症と世代を超えた耐糖能異常にも及ぶことを示している。

    IL-28

    間葉系幹細胞由来のIL-28はアポトーシス抵抗性骨転移性前立腺がんの選択を促進する

    原題:

    Mesenchymal stem cell-derived interleukin-28 drives the selection of apoptosis resistant bone metastatic prostate cancer

    著者:

    Jeremy J. McGuire, Jeremy S. Frieling, Chen Hao Lo, Tao Li, Ayaz Muhammad, Harshani R. Lawrence, Nicholas J. Lawrence, Leah M. Cook, Conor C. Lynch

    雑誌:

    Nat Commun, 12, 723 (2021)

    POINT!

    骨転移性前立腺がんは間葉系幹細胞(MSC)のリクルートと骨芽細胞への分化を促進することが知られている。しかしながら、骨髄由来MSCが骨転移性前立腺がん細胞に及ぼす影響については、あまり研究されていなかった。本研究で著者らは、MSC由来のIL-28がIL-28Rα-STAT1シグナル伝達を介して前立腺がん細胞のアポトーシスを誘発することを見出した。その一方で、MSCへの慢性的な曝露は、IL-28誘導性アポトーシスやドセタキセルのような治療薬に抵抗性を示す前立腺がん細胞の選択を促進した。また、MSCに選択されたIL-28抵抗性の前立腺がん細胞は、骨髄中で高い増殖能を示した。アポトーシスに対して獲得した抵抗性は、骨転移性前立腺がん細胞内因性で、IL-28Rαシグナル伝達下流で活性化される転写因子がSTAT1からSTAT3へシフトとすることと関連する可能性が示された。さらに、STAT3の欠失またはSTAT3阻害剤S3I-201の投与はMSCへの慢性的曝露によって選択された前立腺がん細胞の増殖および生存能を失わせることが明らかにされた。以上から、骨髄MSCにより誘導される治療抵抗性の骨転移性前立腺がんの出現はSTAT3を標的とすることで無効化することが可能であることが示唆された。

    メカニカルストレス

    力学的刺激によるTNFαのエンドサイトーシスが間葉系幹細胞の恒常性を司る

    原題:

    Mechanical force-driven TNFα endocytosis governs stem cell homeostasis

    著者:

    Wenjing Yu, Chider Chen, Xiaoxing Kou, Bingdong Sui, Tingting Yu, Dawei Liu, Runci Wang, Jun Wang, Songtao Shi

    雑誌:

    Bone Res, 8, 44 (2020)

    POINT!

    間葉系幹細胞(MSC)は免疫系と密接に相互作用し、ストレス刺激に反応して炎症性サイトカインを分泌することが知られているが、MSC由来の炎症性サイトカインの生物学的機能については未だ解明されていなかった。本研究で著者らは、生理的条件下でもMSCが低レベルのTNFαを産生・放出しており、このTNFαはオートクライン・パラクラインシグナル伝達を介してMSCの自己複製や骨芽細胞への分化を維持するために必要であることを明らかにした。著者らは、生理的レベルのTNFαがTNF受容体非依存的にメカニカルストレスによるエンドサイトーシスを介してMSCの恒常性を維持し、エンドサイトーシスされたTNFαがmTORC2に結合してmTORシグナル伝達を抑制することを発見した。ラパマイシンによるmTORシグナル伝達の阻害は、TNFα欠損や後肢免荷による骨量低下を抑制する骨同化作用を示すことが明らかにされた。以上の結果から、MSCと骨の恒常性を司るTNFαによるmTORシグナルの生理的機序が明らかにされた。

    骨髄ニッチ

    血管内皮由来の間質細胞は骨髄ニッチの形成に寄与する

    原題:

    Endothelium-derived stromal cells contribute to hematopoietic bone marrow niche formation

    著者:

    Keane Jared Guillaume Kenswil, Paola Pisterzi, Gonzalo Sánchez-Duffhues, Clairevan Dijk, Andrea Lolli, Callie Knuth, Byambasuren Vanchin, Adrian Christopher Jaramillo, Remco Michiel Hoogenboezem, Mathijs Arnoud Sanders, Jacqueline Feyen, Tom Cupedo, Ivan G. Costa, Ronghui Li, Eric Moniqué Johannes Bindels, Kirsten Lodder, Bianca Blom, Pieter Koen Bos, Marie-José Goumans, Peterten Dijke, Eric Farrell, Guido Krenning, Marc Hermanus Gerardus Petrus Raaijmakers

    雑誌:

    Cell Stem Cell. 2021 Feb 1;S1934-5909(21)00006-0.

    POINT!

    造血幹細胞の維持や再生医療の観点から、近年骨髄間質細胞の重要性が注目されている。しかし、骨髄間質細胞の起源については特にヒトについては不明な点が多い。著者らは新生児骨髄や化学療法からの回復時 (hREC) にのみ存在し、健常成人の骨髄には存在しないLNGFR+細胞に着目した。LNGFR+細胞はCD34などの血管内皮細胞マーカーを発現していた。組織学的解析により、CD31+CD105+LNGFR+細胞は海面骨梁付近の洞様毛細血管に多く見出された。内皮細胞と間質細胞のマーカーを共発現することからこの細胞は内皮-間葉転換(EndoMT)を行っている可能性が想定された。網羅的遺伝子発現解析を行ったところ、LNGFR+ hRECでは対照群の骨髄間質細胞と比較してCDH5 (VE-Cadherin)などの血管内皮マーカーの発現が認められ、LNGFR hRECと比較して、骨芽細胞マーカー高い発現が認められた。また、LNGFR+ hRECでは上皮-間葉転換(EMT)やEndoMTに関わる遺伝子群も高い発現を認めた。さらなる解析により、これらの細胞はコロニー形成能や造血幹細胞の維持能、軟骨細胞や骨芽細胞への分化能など、間葉系幹細胞の性質も見出された。著者らは過去にIL-33がEndoMTが活発に起こる発生および修復過程において骨髄血管内皮細胞に発現することを見出しており、IL-33によるLNGFR+細胞のEndoMT誘導の可能性を着想した。IL-33の添加により血管内皮マーカー発現は低下し、骨芽細胞分化の亢進が認められた。以上より、血管内皮由来のIL-33はEndoMTを誘導し、骨髄環境の構築・再構築に関わることが示された。

    組織再生

    毛包再生能を有する上皮幹細胞の同定と増幅法の開発

    原題:

    Expansion and characterization of epithelial stem cells with potential for cyclical hair regeneration

    著者:

    Makoto Takeo, Kyosuke Asakawa, Kohei Toyoshima, Miho Ogawa, JingJing Tong, Tarou Irié, Masayuki Yanagisawa, Akio Sato, Takashi Tsuji

    雑誌:

    Sci Rep. 11: 1173. (2020)

    POINT!

    毛包は生体において再生力の高い組織である。また、成長期と休止期(毛周期)を繰り返すことも毛包の特徴として知られている。毛包には様々な性質を有する細胞が含まれるが、これらの細胞が毛包再生や毛周期を制御するメカニズムには不明な点が多く、毛髪再生療法開発における壁の一つであった。著者らは生涯にわたる毛包再生を可能にする毛包幹細胞ポピュレーションの探索を行った。まず、毛包より単離した細胞を増殖させたり、毛隆起の上部や下部の細胞に分化させるために220を超える培養条件を試みた。その結果、Noggin、FGF-7、FGF-10、Shhアゴニスト、EGF(NFFSE)をアテロコラーゲンゲルに含浸させた三次元培養系において、幹細胞マーカーCD34とCD49fを共発現する細胞の増殖を誘導することを見出した。この培地からEGFを除去したNFFS培地やWntリガンド、Notchリガンド、TGF-β阻害剤を添加したNFFSWN培地では増殖能が低下し、毛隆起の上部や下部のマーカーの発現を誘導した。これらの培地で誘導された細胞がもう周期や毛包再生に寄与するかを検討した。培養毛包上皮細胞と培養毛乳頭細胞を上記の培地で培養して得られた毛包の元基をヌードマウスの背部皮膚に移植したところ、NFFSE培地を用いた場合において、発毛が確認された上に、高い割合で三回以上の毛周期が認められ、NFFSE誘導性の毛包幹細胞の毛包再生への寄与が示唆された。そこで、これらの細胞の表面マーカーをさらに解析し、CD34+CD49f+Itgβ5+細胞に富むことを見出した。フローサイトメトリー法によりCD34+CD49f+細胞集団からItgβ5+のポピュレーションを除去したところ、毛包再生の回数が減少したことから、Itgβ5の重要性が示された。Itgβ5+細胞は毛隆起上部のテネイシン発現部位に一致しており、この部分が発毛ニッチである可能性が示唆された。

    神経-免疫連関

    痛覚神経は造血幹細胞の遊走を制御する

    原題:

    Nociceptive nerves regulate haematopoietic stem cell mobilization

    著者:

    Xin Gao, Dachuan Zhang, Chunliang Xu, Huihui Li, Kathleen M. Caron, Paul S. Frenette

    雑誌:

    Nature. 589: 591-596. (2021)

    POINT!

    近年、骨髄における造血幹細胞(HSC)ニッチ研究が大きく進展した。それにより、HSCニッチとしての神経系の重要性が広く認められるようになったが、感覚神経のニッチ機能はよくわかっていない。著者らは痛覚神経のニッチ機能を明らかにするために、レシニフェラトキシン(RTX)をマウスに全身投与し、痛覚神経の除神経を行った。このマウスにG-CSFを投与することで末梢へのHSC遊走を促したところ、コントロールマウスと比較してHSCの動員が抑制された。この際、骨髄中のHSC数には有意な差は認められなかった。G-CSF処理で動員された末梢血細胞を用いたreconstitution assayの結果、RTXにより痛覚神経を除去したマウス由来の血球細胞の割合はコントロールと比べて低値であった。感覚神経由来ペプチドのCGRPを投与したところ、除神経マウスの場合でもG-CSF誘導性の末梢HSCが増加した。CGRP受容体構成要素の一つRAMP1を欠損するRamp1–/–マウスでは、骨髄内のHSC数に変化がない一方、G-CSF誘導性の末梢HSCが減少した。以上より、感覚神経がCGRP–RAMP1を介してHSCの末梢への動員を誘導すると考えられた。CGRPの標的細胞を明らかにするために、Ramp1–/–マウスとコントロールマウスに放射線を照射し、骨髄キメラマウスを作製・解析した。移入したHSCが野生型の場合はG-CSFによるHSCの末梢への動員が見られた一方、Ramp1–/–HSCを移入した場合は末梢への動員が抑制されたことから、CGRPはHSCに作用して末梢への動員を促進することがわかった。CGRPシグナルをさらに詳細に解析するために、Ramp1–/–HSCの遺伝子発現を網羅的に解析し、その結果、Gαs–アデニリルサイクラーゼ–cAMP経路の遺伝子発現の低下を見出した。Ramp1–/–HSCをホルスコリン(FSK)処理しアデニリルサイクラーゼを活性化したところ、G-CSFによるHSCの末梢への動員が回復した。痛覚神経の刺激がHSCを末梢に動員したことから、食餌によるHSC動員が可能であるかを検討した。カプサイシン含有飼料で飼育したマウスでは、G-CSFによるHSC末梢動員が増加し、この効果はRTX投与により消失した。以上により、痛覚刺激は痛覚神経と神経ペプチドCGRPを介してHSCを抹消に動員することが示された。痛み刺激によるHSC末梢動員は、組織損傷を起こしうる刺激に対して、損傷の規模を抑えたり再生を早めるという生理的意義があると考えられる。

    骨髄微小環境

    In situ マッピングによる骨髄系造血を制御する血管ニッチの同定

    原題:

    In situ mapping identifies distinct vascular niches for myelopoiesis

    著者:

    Jizhou Zhang, Qingqing Wu, Courtney B. Johnson, Giang Pham, Jeremy M. Kinder, Andre Olsson, Anastasiya Slaughter, Margot May, Benjamin Weinhaus, Angelo D’Alessandro, James Douglas Engel, Jean X. Jiang, J. Matthew Kofron, L. Frank Huang, V. B. Surya Prasath, Sing Sing Way, Nathan Salomonis, H. Leighton Grimes & Daniel Lucas

    雑誌:

    Nature, 590: 457-462. (2021)

    POINT!

    骨髄は造血幹細胞を維持し、単球や顆粒球などの骨髄系細胞やリンパ球など、様々な造血系細胞の発生・分化の場として機能する。しかしながら、骨髄内の解剖学的特性が、造血系細胞の分化及び系統決定に与える影響に関しては未だ不明な点が多い。本論文において著者らは、マウス胸骨を用いたホールマウント免疫染色のプロトコルを確立することで、骨髄系細胞(顆粒球、単球、樹状細胞)の増殖分化を組織学的に解析し、顆粒球系と単球・樹状細胞系の前駆細胞はそれぞれ解剖学的に異なる部位で増殖分化することを見出した。単球・樹状細胞前駆細胞の増殖分化はM-CSFを発現する血管の周囲に局在して観察されたが、この構造は血管内皮細胞特異的にM-CSFを欠損したマウスでは認められなかった。リステリア菌の感染に伴う急性ストレスに伴い、顆粒球系および単球・樹状細胞系前駆細胞は骨髄内における解剖学的な局在を保ったまま増殖した。また、血管内皮細胞が産生するM-CSFは、感染に伴う単球・樹状細胞系前駆細胞の増殖にも必要であることが示された。以上より、生理的及び病的環境下において、骨髄造血は解剖学的局在の異なる血管により空間的な制御を受けている可能性が示唆された。

    頭蓋縫合早期癒合症

    頭蓋骨縫合の再生は、 頭蓋骨縫合早期癒合症に伴う神経認知機能障害を改善する

    原題:

    Cranial Suture Regeneration Mitigates Skull and Neurocognitive Defects in Craniosynostosis

    著者:

    Mengfei Yu, Li Ma, Yuan Yuan, Xin Ye, Axel Montagne, Jinzhi He, Thach-Vu Ho, Yingxi Wu, Zhen Zhao, Naomi Sta Maria, Russell Jacobs, Mark Urata, Huiming Wang, Berislav V Zlokovic, Jian-Fu Chen, Yang Chai

    雑誌:

    Cell, 184: 243-256. (2021)

    POINT!

    頭蓋は脳の成長に連動して拡大する必要があり、頭蓋骨縫合とそこに含まれる間葉系幹細胞が頭蓋骨の拡大に重要な役割を担う。頭蓋骨縫合の早期癒合は、Saethre-Chotzen症候群を含むいくつかの先天性疾患に随伴することが知られており、頭蓋の形態異常、頭蓋内圧の上昇に伴う脳の発達障害と精神発達遅延の原因となる。しかしながら、頭蓋骨縫合早期癒合の動物モデルはこれまで存在せず、有効な治療法の開発を妨げる要因の一つとなっていた。本論文において著者らは、ヘリックス-ループ-ヘリックス型の転写因子であるTwist1遺伝子のヘテロ欠損マウスが頭蓋骨縫合早期癒合に伴う頭蓋内圧上昇と認知障害を呈し、Saethre-Chotzen症候群のモデルとなることを見出した。このマウスの頭蓋骨縫合部を外科的に切離し、切離部にGli1陽性間葉系幹細胞を含む生体分解性キャリアを移植すると、頭蓋骨縫合が再構築され、頭蓋骨変形や認知機能の改善が認められることが明らかとなった。以上より、間葉系幹細胞の移植療法が、頭蓋骨縫合早期癒合の新たな治療戦略として有用である可能性が示唆された。

    異所性骨化

    Activin Aはマウスにおける獲得性異所性骨化の進行を促進し、病状緩和の有効なターゲットである。

    原題:

    Activin A promotes the development of acquired heterotopic ossification and is an effective target for disease attenuation in mice

    著者:

    Christina Mundy, Lutian Yao, Sayantani Sinha, Juliet Chung, Danielle Rux, Sarah E Catheline, Eiki Koyama, Ling Qin, Maurizio Pacifici

    雑誌:

    Sci. Signal., 14: eabd0536. (2021)

    POINT!

    異所性骨化は、筋肉などの軟組織に形成し、組織損傷に伴う炎症によって引き起こされることが知られている。現在異所性骨化に対する有効な治療法はまだ確立されていない。TGF (transforming growth factor)-bスーパーファミリーに属するactivin Aは、活性化したマクロファージなどの炎症細胞から産出され、SMAD2/3を介したシグナルを伝達する。また、異所性骨化の発症は炎症から始まることと、SMAD2/3シグナルは軟骨形成に関与することから、筆者らはActivin Aの異所性骨化への作用を調べた。マウスにBMP (bone morphogenic protein) 2を含むマトリゲルを筋肉に移植すると、異所性骨化が見られたが、Activin Aの中和抗体 (10 mg/kg)を週2回投与することによって異所性骨化が顕著に抑制された。また、病変部のシングルセルRNA-seqを行った結果、Activin A中和抗体を投与したマウスでは、Sox9+骨化前駆細胞の集積が減少し、その多くはActivin Aの発現が認められた。In vitroではActivin Aは軟骨細胞分化を促進することが示された。以上から、Activin Aは異所性骨化進行の上流刺激因子として働き、有効な治療ターゲットになりうることが示唆された。

    オートファジー

    増強されたBMPシグナルはオートファジー依存性のβ-catenin分解を抑制することで頭蓋神経堤細胞を軟骨細胞分化に誘導する

    原題:

    Augmented BMP signaling commits cranial neural crest cells to a chondrogenic fate by suppressing autophagic β-catenin degradation

    著者:

    Jingwen Yang, Megumi Kitami, Haichun Pan, Masako Toda Nakamura, Honghao Zhang, Fei Liu, Lingxin Zhu, Yoshihiro Komatsu, Yuji Mishina

    雑誌:

    Sci. Signal., 14: eaaz9368 (2021)

    POINT!

    頭蓋神経堤細胞は発生時に頭蓋顔面部の骨や軟骨に分化する多分化能幹細胞の一種である。BMPシグナルとオートファジーは、それぞれ幹細胞の恒常性に関与していることが知られていた。ヒトではBMPの受容体であるACVR1の恒常的活性化を引き起こす変異は進行性骨化性線維異形成症(FOP)を引き起こすことが知られている。FOPは体幹結合組織の異所性軟骨化と異所性骨化を特徴とするが、一部の患者では異所性頭蓋顔面骨化をきたす。筆者らは神経堤細胞に特異的にACVR1を活性化させたマウス(ca-Acvr1mutant mice: P0-Cre ca-Acvr1 flox/+)では頭蓋顔面の欠損および異所性軟骨形成を認めることを示した。さらに胎仔のSOX9の発現解析やフェイトマッピングによって、増強されたBMPシグナルは細胞増殖や遊走へは影響を与えずに、頭蓋神経堤細胞を軟骨細胞形成の方向へ決定づけることを示した。続いてca-Acvr1 mutant mice では軟骨の異常形成と一致してmTORC1シグナルが活性化していることを示した。同様にβ-cateninやWnt-β-cateninシグナルの標的遺伝子も発現が上昇していることを示した。最後にca-Acvr1 mutant miceではオートファジーが抑制されていること、またオートファジーの標的はβ-cateninであることを示した。以上の結果から、BMPシグナルとオートファジーが協調的にβ-catenin活性を調節して発生時における頭蓋神経堤細胞の軟骨細胞への分化を調整することを証明した。このことはFOP患者の異所性顔面軟骨形成の予防にオートファジー促進剤やWnt阻害剤が有望な治療法になる可能性を示すものである。

    中枢神経線維芽細胞

    中枢神経線維芽細胞は免疫細胞の浸潤に応答して線維性瘢痕を形成する

    原題:

    CNS fibroblasts form a fibrotic scar in response to immune cell infiltration

    著者:

    Cayce E Dorrier, Dvir Aran, Ezekiel A Haenelt, Ryan N Sheehy, Kimberly K Hoi, Lucija Pintarić, Yanan Chen, Carlos O Lizama, Kelly M Cautivo, Geoffrey A Weiner, Brian Popko, Stephen P J Fancy, Thomas D Arnold, Richard Daneman

    雑誌:

    Nat. Neurosci., 24: 234-244. (2021)

    POINT!

    線維化は、炎症に対する一般的な病理学的反応である。しかし、中枢神経での神経炎症に対する線維化に関してはその程度や疾患との関わりなど不明な点が多い。本論文で、著者らは多発性硬化症のマウスモデルである実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を用いて、系統追跡実験とシングルセル解析を行い、神経炎症に応答して中枢神経に線維性瘢痕が形成され、その大部分は周皮細胞や骨髄由来細胞でなく、増殖した中枢神経線維芽細胞に由来することを見出した。ヘルペスチミジンキナーゼを使用して増殖する線維性細胞を除去すると、炎症病変内で髄鞘形成機能を有する希突起膠細胞系細胞が増加し、運動障害が改善した。さらに、中枢神経線維芽細胞ではIFN-γ経路の遺伝子発現が亢進しており、線維芽細胞特異的にIfngr1(インターフェロンガンマ受容体1)を欠損させたところ、EAEの中枢神経線維性瘢痕は減少した。以上により、中枢神経での神経炎症に対する瘢痕形成における中枢神経線維芽細胞の役割の一端が明らかとなり、今後の治療標的となる可能性が示唆された。

    認知機能

    ミエロイド細胞のメタボリズム回復は加齢における認知機能低下を逆転させる

    原題:

    Restoring metabolism of myeloid cells reverses cognitive decline in ageing

    著者:

    Paras S. Minhas, Amira Latif-Hernandez, Melanie R. McReynolds, Aarooran S. Durairaj, Qian Wang, Amanda Rubin, Amit U. Joshi, Joy Q. He, Esha Gauba, Ling Liu, Congcong Wang, Miles Linde, Yuki Sugiura, Peter K. Moon, Ravi Majeti, Makoto Suematsu, Daria Mochly-Rosen, Irving L. Weissman, Frank M. Longo, Joshua D. Rabinowitz & Katrin I. Andreasson

    雑誌:

    Nature, 590: 22-128. (2021)

    POINT!

    加齢により発生頻度が増すアテローム性動脈硬化やメタボリックシンドローム、がんやフレイルは慢性炎症が寄与すると考えられている。老化した脳も炎症に対して脆弱であると考えられ、認知機能低下やアルツハイマー病は加齢とともに有病率が上昇する。全身性に循環する炎症性因子は認知機能の低下を促進しうるが、加齢に伴い炎症が開始し持続する根本的なメカニズムはよくわかっていない。筆者たちは老化したマウスにおいて、炎症の主要なモジュレーターである脂質メッセンジャー、プロスタグランジンE2(PGE2)によるシグナル伝達に応答してミエロイド系細胞の生体エネルギーが抑制されることが認知機能低下に繋がることを示した。ヒト単球由来マクロファージから産生されるPGE2を35歳以下と65歳以上で比べると、65歳以上で有意に高かった。さらにヒト単球由来マクロファージをPGE2で刺激すると濃度依存的に解糖能とミトコンドリア酸素消費速度が低下した。そこで、PGE2の受容体であるEP2をミエロイド系細胞特異的にノックアウトしたマウス(CD11bCre;EP2lox/loxマウス)を解析したところ、老齢であっても代謝系が若いマウスと同程度であり、血清および海馬の炎症性因子もコントロールと比べ低下していることがわかった。また、老齢CD11bCre;EP2lox/loxマウスの認知機能テストのパフォーマンスは若いマウスと同程度であった。老化したマクロファージやミクログリアでは、PGE2の受容体であるEP2を介したPGE2シグナリングがグルコースのグリコーゲンへの合成を促進しており、グルコース代謝フラックスとミトコンドリア呼吸を減弱させていた。実際に65歳以上のヒト単球由来マクロファージでグリコーゲン合成酵素をノックダウンすると、解糖系とミトコンドリア呼吸が回復し、炎症性マーカーも減少した。老化した細胞にEP2の阻害剤作用させると解糖系とミトコンドリア呼吸が若い細胞のレベルにまで回復し、in vivoにおいても認知機能を回復することができた。この研究により認知的老化は不可逆的なものではなく、ミエロイド系におけるグルコース代謝を調節することにより逆転させることも可能であることが示された。

  • スクレロスチン

    スクレロスチンは2つのLRP6細胞外ドメインとのタンデムな相互作用によってWntシグナルを抑制する

    原題:

    Sclerostin inhibits Wnt signaling through tandem interaction with two LRP6 ectodomains

    著者:

    Jinuk Kim, Wonhee Han, Taeyong Park, Eun Jin Kim, Injin Bang, Hyun Sik Lee, Yejing Jeong, Kyeonghwan Roh, Jeesoo Kim, Jong-Seo Kim, Chanhee Kang, Chaok Seok, Jin-Kwan Han, Hee-Jung Choi

    雑誌:

    Nat. Commun., 11: 5357 (2020)

    POINT!

    LRP6は古典的Wntシグナル伝達経路の共受容体であり、LRP6の細胞外ドメインはWntタンパク質やスクレロスチン(SOST)などのWnt阻害因子と結合する。LRP6の細胞外ドメイン1(E1)はSOSTと相互作用することが知られているが、SOSTがLRP6のE1ドメイン単独よりも高い親和性でE1E2ドメインに結合する理由など、いくつかの未解決の疑問が残されている。本研究で著者らは、2つの相互作用部位がタンデムに配置されたLRP6 E1E2-SOST複合体の結晶構造を解析し、SOSTのC末端とLRP6 E2ドメインの間に新たな結合部位を同定した。in vitroでの機能解析から、同定された結合部位がSOSTによるWntシグナルの完全な抑制活性に重要であり、またSOSTのホモログであるSOSTDC1のC末端もSOSTと同様にLRP6との相互作用に関わっている可能性も示された。さらに、4細胞期のアフリカツメガエル胚にWnt1やSOSTをコードするmRNAを注入することで誘導される異所性の神経管様構造形成による解析から、in vivoでも同様の相互作用の重要性が示唆された。これらの結果から、SOSTによるWntシグナル伝達阻害の詳細なメカニズムが明らかにされた。

    α-ケトグルタル酸

    α-ケトグルタル酸はヒストンメチル化の制御によって加齢性骨粗鬆症を改善する

    原題:

    Alpha-ketoglutarate ameliorates age-related osteoporosis via regulating histone methylations

    著者:

    Yuan Wang, Peng Deng, Yuting Liu, Yunshu Wu, Yaqian Chen, Yuchen Guo, Shiwen Zhang, Xiaofei Zheng, Liyan Zhou, Weiqing Liu, Qiwen Li, Weimin Lin, Xingying Qi, Guomin Ou, Cunyu Wang, Quan Yuan

    雑誌:

    Nat. Commun., 11: 5596 (2020)

    POINT!

    加齢性骨粗鬆症は、加齢に伴う骨髄間葉系間質・幹細胞(MSC)の機能不全などにより骨量や骨強度が低下することを特徴とする。α-ケトグルタル酸(αKG)はTCAサイクルに必須の中間体であり、線虫の寿命を延ばし、胚性幹細胞の多能性を維持することが明らかにされてきた。本研究で著者らは、αKGの飲水からの摂取で高齢マウスの骨量が増加し、加齢に伴う骨量減少が抑制され、高齢ラットの骨再生が促進されることを明らかにした。αKGは老齢マウス由来の骨髄MSCの増殖、コロニー形成、遊走、骨形成能を促進するだけでなくγ-H2AXレベルやSA-β-gal活性などを低下させた。機能的解析から、αKGがH3K9me3とH3K27me3の蓄積を減少させ、BMPリガンドとNanog発現を上昇させることが明らかにされた。本研究によりαKGがMSCの若返りや加齢性骨粗鬆症の改善に果たす役割が示され、加齢性疾患の治療法としての応用が期待される。

    骨髄線維化

    骨髄間質前駆細胞は創薬標的となりうるalarminシグナルを介して骨髄線維化を促進する

    原題:

    Heterogeneous bone-marrow stromal progenitors drive myelofibrosis via a druggable alarmin axis

    著者:

    Nils B. Leimkühler, Hélène F.E. Gleitz, Li Ronghui, Inge A.M. Snoeren, Stijn N.R. Fuchs, James S. Nagai, Bella Banjanin, King H. Lam, Thomas Vogl, Christoph Kuppe, Ursula S.A. Stalmann, Guntram Büsche, Hans Kreipe, Ines Gütgemann, Philippe Krebs, Yara Banz, Peter Boor, Evelyn Wing-Yin Tai, Tim H. Brümmendorf, Steffen Koschmieder, Martina Crysandt, Eric Bindels, Rafael Kramann, Ivan G. Costa, Rebekka K. Schneider

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 28: 1–16 (2020)

    POINT!

    骨髄増殖性腫瘍(MPN)患者の骨髄線維化症(MF)に対する骨髄微小環境における個々の細胞の機能的寄与は十分に理解されてはいなかった。本研究で著者らは、マウスモデルと患者サンプルにおけるMPN/MF間質細胞の1細胞レベルでの包括的な解析を行い、線維化促進性細胞として2つの間葉系間質細胞(MSC)サブセットを同定した。これらのサブセットはLepRおよびCxcl12を発現し、これまでに脂肪細胞分化性および骨芽細胞分化性の造血幹細胞ニッチ構成MSCとして報告されているサブセットと類似すると考えられる。MSCは前駆細胞性の喪失、前線維化細胞への分化開始、さらに線維化段階で線維化促進性および炎症性の表現型を獲得するなど、分化段階依存的に機能的にリプログラムされた。また、MSCにおけるalarmin複合体S100A8/S100A9の発現は、マウスモデルおよび患者の骨髄間質および血漿における線維化への進行との相関を示した。S100A8/S100A9シグナル伝達を阻害する低分子Tasquinimodは、JAK2V617F変異マウスモデルにおいてMPNの表現型と線維化を有意に改善したことから、S100A8/S100A9がMPNの重要な治療標的であることが明らかにされた。

    皮膚線維芽細胞

    Prrx1陽性線維芽細胞はマウス腹部真皮における瘢痕形成に寄与する

    原題:

    Prrx1 Fibroblasts Represent a Pro-fibrotic Lineage in the Mouse Ventral Dermis

    著者:

    Tripp Leavitt, Michael S Hu, Mimi R Borrelli, Michael Januszyk, Julia T Garcia, Ryan C Ransom, Shamik Mascharak, Heather E desJardins-Park, Ulrike M Litzenburger, Graham G Walmsley, Clement D Marshall, Alessandra L Moore, Bryan Duoto, Sandeep Adem, Deshka S Foster, Ankit Salhotra, Abra H Shen, Michelle Griffin, Ethan Z Shen, Leandra A Barnes, Elizabeth R Zielins, Zeshaan N Maan, Yuning Wei, Charles K F Chan, Derrick C Wan, Hermann P Lorenz, Howard Y Chang, Geoffrey C Gurtner, Michael T Longaker

    雑誌:

    Cell Rep., 33: 108356 (2020)

    POINT!

    線維芽細胞は性質の異なる複数の細胞集団からなることが知られている。皮膚線維芽細胞は創傷治癒に重要であるが、その性質には不明な点が多い。近年、皮膚線維芽細胞に転写因子Prrx1を発現する集団(PPF)が見出され、組織損傷に伴い増加することが指摘された。そこで著者らはPPFの機能を解析した。まず、Prrx1CreR26mTmGマウスを用いてGFP+のPPFとtdTomato+のPrrx1線維芽細胞(PNF)の標識を行い、腹部の真皮組織よりフローサイトメトリー法によりこれらを分取、解析した。PPFはE16.5より出現し徐々にその割合が増加した。PPFはコラーゲン高産生性であった。そこで、急性(手術による皮膚の全層欠損モデル)および慢性(腫瘍の間質形成モデルと放射線照射モデル)の線維化モデルを施したところ、PPFは線維化組織の線維芽細胞の大部分を占めることが明らかになった。創傷治癒時の瘢痕形成が少量である口腔に腹部真皮由来のPPFを移植したところ、移植したPPFとコラーゲンに高い共局在が認められたことから、線維形成能はPPFの細胞内在性の性質であることが示唆された。PPFが線維形成能を発揮するメカニズムを解析するために、PPFおよびPNFを分取し、scRNA-Seq解析を行った。その結果、FAK-PI3K-Akt-mTor経路およびHIF1A経路の遺伝子群がPPFで高発現することが見出された。PPFの急性線維化への寄与を明らかにするために、Prrx1CreR26mTmG/iDTRマウスを作出し、皮膚損傷を施したのちにジフテリア毒素によりPPFを除去した。このマウスでは、創傷治癒自体は遅延しなかったものの、コラーゲン形成の低下による瘢痕組織の顕著な減少を認めた。再生組織の強度は、通常損傷前と比べて低下するが、PPFを除去した場合は有意な強度低下を認めなかった。また、PPFの慢性線維化への寄与を明らかにするために、このマウスにB16-F10メラノーマ細胞を移植したところ、腫瘍形成が抑制された。以上により、PPFは急性および慢性線維化に大きく寄与し、創傷治癒促進や抗腫瘍療法における標的となる可能性が示唆された。

    グリア細胞

    炎症に伴う神経変性に対してミクログリアのp21-Nrf2経路は防御的に機能する

    原題:

    Therapeutics potentiating microglial p21-Nrf2 axis can rescue neurodegeneration caused by neuroinflammation

    著者:

    A Nakano-Kobayashi, A Fukumoto, A Morizane, D T Nguyen, T M Le, K Hashida, T Hosoya, R Takahashi, J Takahashi, O Hori, M Hagiwara

    雑誌:

    Sci. Adv., 6: eabc1428 (2020)

    POINT!

    近年、アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経変性性疾患における炎症に際して、ミクログリアが異常に活性化することが明らかになり、治療標的として注目されている。著者らは、過去にドラッグスクリーニングによりチロシンキナーゼDyrk1Aの阻害剤ALGERNON(ALG)による神経新生の増加を報告している。今回、著者らは同様の性質を示す新規化合物ALGERNON2(ALG2)を発見した。MPTPによりドーパミン作動性ニューロンを変性させるパーキンソン病モデルマウスに対してALG2を予防投与したところ、神経変性の有意な防止が認められ、パーキンソン病モデルで見られる運動機能の低下も緩和された。次に、ALG2の作用メカニズムを解明するために、この薬物による培養神経細胞の細胞死を検討したところ、抑制作用が見られなかった。神経細胞とグリア細胞の共培養系では神経保護作用が認められ、シトシンアラビノシドによりグリア細胞を除去したところこの作用は消失した。したがって、ALG2の神経作用はグリア細胞を介すると考えられた。著者らは過去にALGがcyclin D1を安定化させることを見出した。Cyclin D1と複合体を形成するp21はALGにより刺激したCD11b+ミクログリアで高度に発現していた。P21はNrf2分解を抑制することが知られている。グリア細胞のNrf2タンパク質はALG2刺激によって増加した。パーキンソン病モデルマウスのミクログリアは細胞突起を伸長し、活性化状態にあったが、ALG2投与により活性化ミクログリアは減少していた。Nrf2はマクロファージによるサイトカイン産生を抑制することが報告されているが、ALG2はミクログリアがLPSに応答して産生する炎症性サイトカインやケモカイン、iNOSを減少させた。iPS細胞による神経再生療法にALG2を併用したところ、治療効果が増加した。以上より、ALG2はp21、Nrf2を介してミクログリアによる神経炎症を抑制し、神経細胞を保護することが示された。

    筋再生

    マクロファージ由来のグルタミンは筋衛星細胞を活性化し筋再生を誘導する

    原題:

    Macrophage-derived glutamine boosts satellite cells and muscle regeneration

    著者:

    Min Shang, Federica Cappellesso, Ricardo Amorim, Jens Serneels, Federico Virga, Guy Eelen, Stefania Carobbio, Melvin Y Rincon, Pierre Maechler, Katrien De Bock, Ping-Chih Ho, Marco Sandri, Bart Ghesquière, Peter Carmeliet, Mario Di Matteo, Emanuele Berardi, Massimiliano Mazzone

    雑誌:

    Nature, 587: 626–631(2020)

    POINT!

    筋再生において、マクロファージは炎症状態をコントロールし、筋衛星細胞の増殖や分化の活性化を制御し、再生プロセスを正常に進めるために必須であることがよく知られている。しかし、この制御におけるアミノ酸代謝には不明な点が多い。筋代謝にはグルタミンが重要であること、マクロファージはグルタミンを産生することから、著者らはマクロファージ由来のグルタミンが筋再生に寄与する可能性を考えた。そこで、グルタミン酸受容体をマクロファージ特異的に欠損するマウス(タモキシフェンを投与したGlud1f/fCsf1rCreERTマウス)にカルディオトキシン(CTX)を投与して筋損傷を誘導した。このマウスの筋では、筋細胞の壊死~再生のピークが早まり、細胞増殖や分化マーカーの発現も高レベルであることが明らかになった。ホイールを用いた自発走行試験により、これらのマウスでは運動機能の回復も早まることがわかった。さらなる解析により、M2マクロファージの減少が認められ、組織損傷後の炎症相が早期に誘導される可能性が示唆された。Glud1f/fCsf1rCreERTマウスのマクロファージでは、グルタミンの酸化の抑制、グルタミンシンターゼ(GS)の活性化に伴うグルタミンの増加などのグルタミン代謝の変調が確認された。放射性同位体標識したグルタミンを含む培地を用いた取り込み実験により、C2C12細胞をGlud1欠損マクロファージと共培養すると、野生型マクロファージを用いた場合と比較して、C2C12細胞によるグルタミンの総取り込み量が高値であった。一方、標識されたグルタミンの量には有意差を認めないことから、Glud1欠損マクロファージ内で多量に合成されたグルタミンが筋細胞に取り込まれると考えられた。マクロファージ特異的GS欠損マウス(タモキシフェンを投与したGlulf/fCsf1rCreERTマウス)では筋損傷後の再生が障害されたことから、マクロファージは筋再生時のグルタミン供給源であることがわかった。Glud1欠損マクロファージと共培養したC2C12細胞は野生型マクロファージを用いた場合よりも太い筋線維に分化した。グルタミンを取り込むSlc1a5をノックダウンしたC2C12細胞を用いた結果、Glud1欠損マクロファージによる分化促進効果は消失した。Glud1欠損マクロファージを移入したマウスでは筋損傷からの回復が促進したが、アデノ随伴ウイルスを用いて筋衛星細胞特異的にSlc1a5をノックダウンしたマウスに同様の処置を行なっても促進効果は認められなかった。マクロファージ特異的Glud1欠損は、加齢個体における筋量の維持にも繋がった。GLUD1阻害剤のR162の投与においても上記の効果が認められた。以上より、GLUD1阻害を介した組織中のグルタミン増加により筋が増強されることが示された。

    破骨細胞

    シングルセル解析による破骨細胞運命決定機構の解明

    原題:

    Stepwise cell fate decision pathways during osteoclastogenesis at single-cell resolution

    著者:

    Masayuki Tsukasaki, Nam Cong-Nhat Huynh, Kazuo Okamoto, Ryunosuke Muro, Asuka Terashima, Yoshitaka Kurikawa, Noriko Komatsu, Warunee Pluemsakunthai, Takeshi Nitta, Takaya Abe, Hiroshi Kiyonari, Tadashi Okamura, Mashito Sakai, Toshiya Matsukawa, Michihiro Matsumoto, Yasuhiro Kobayashi, Josef M. Penninger and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Nat. Metab., 2: 1382–1390 (2020)

    POINT!

    破骨細胞は骨代謝において中心的な役割を担う細胞だが、その過剰な活性化は様々な疾患に伴う病的骨破壊の原因になる。骨破壊性疾患の病態を理解し、治療法の開発を目指す上で、破骨細胞形成機構の全容解明が重要な課題であるが、その詳細なメカニズムに関しては未だ不明な点が多い。本研究で著者らは、破骨細胞の分化培養系をシングルセルRNA-seq技術を用いて解析した。得られた1細胞ごとの全遺伝子発現データを用いて、機械学習アルゴリズムによる細胞分化経路の予測をおこない、破骨細胞前駆細胞があるステージで一過的に樹状細胞関連遺伝子(細胞表面マーカーであるCD11cや、抗原提示に関わる遺伝子群など)を発現することを見出した。実際に、CD11c-Cre依存的にRANKを除去したマウスでは破骨細胞の数が減少し骨量が顕著に増加することが明らかとなり、コンピューターにより予測された破骨細胞分化経路の生物学的妥当性が生体レベルで示された。更に著者らは、破骨細胞の分化経路に伴い発現が顕著に変化する転写因子・転写調節因子を探索し、破骨細胞分化のマスター転写因子であるNfatc1と同じ発現変動パターンを示す因子として、Cited2を同定した。RANK-Cre依存的にCited2を除去したマウスでは、増殖期の破骨細胞前駆細胞から細胞周期の停止した前破骨細胞への移行が阻害されることで、試験管内および生体内において破骨細胞の数が減少することが示された。以上より、破骨細胞の運命決定を司る多段階的な分化プロセスの詳細が1細胞レベルで解明され、各ステージ間の進行が遺伝子レベルで厳密に制御されていることが明らかとなった。

    MALPs

    骨髄脂肪生成系列前駆細胞(marrow adipogenic lineage precursors : MALPs)が骨リモデリングおよび病的な骨量低下における破骨細胞分化を促進する

    原題:

    Bone marrow adipogenic lineage precursors (MALPs) promote osteoclastogenesis in bone remodeling and pathologic bone loss

    著者:

    Wei Yu, Leilei Zhong, Lutian Yao, Yulong Wei, Tao Gui, Ziqing Li, Hyunsoo Kim, Nicholas Holdreith, Xi Jiang, Wei Tong, Nathaniel Dyment, Xiaowei S. Liu, Shuying Yang, Yongwon Choi, Jaimo Ahn, Ling Qin

    雑誌:

    J. Clin. Invest., doi: 10.1172/JCI140214 (2020)

    POINT!

    骨の恒常性は、骨芽細胞や骨細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収の協調により維持されている。この協調が崩れると、骨粗鬆症のような病的な骨量低下につながる。骨形成細胞がRANKLの産生を介して破骨細胞分化をサポートするということはよく知られている。筆者らが最近同定した骨髄間葉系細胞の一種であるmarrow adipogenic lineage precursors (MALPs)は骨中で多次元の細胞間ネットワークを形成しており、RANKLを含む破骨細胞の調節因子を高く特異的に発現して、単球・マクロファージ系細胞と最も強く相互作用することがわかった。脂肪細胞特異的なAdipoq-Creを用いて作製したMALPs特異的にRANKLを欠損したマウス(RANKL CKOAdipoqマウス)はマウス、1ヶ月齢から長管骨や椎骨の海綿骨量の顕著な増加を示した。皮質骨には異常は認められなかった。このマウスでは海綿骨表面の破骨細胞が減少し、骨形成も減弱していた。また、LPS投与による頭蓋冠の溶骨性病変を認めなかった。さらに、RANKL CKOAdipoqマウスでは卵巣摘出による骨吸収の増強が部分的に抑制された。以上の結果から、MALPsはRANKL依存的に、生理的条件下の骨リモデリングにおいても病的な骨量低下においても重要な役割を果たしていることが示唆された。

    単核(sn)RNA-seq

    単核(sn)RNA-seqにより多核の骨格筋線維における転写的多様性が確認された

    原題:

    Single-nucleus RNA-seq identifies transcriptional heterogeneity in multinucleated skeletal myofibers

    著者:

    Michael J. Petrany, Casey O. Swoboda, Chengyi Sun, Kashish Chetal, Xiaoting Chen, Matthew T. Weirauch, Nathan Salomonis & Douglas P. Millay

    雑誌:

    Nat. Commun., doi: 10.1038/s41467-020-20063-w. (2020)

    POINT!

    生体を構成する細胞の多くは単細胞であるが、破骨細胞や筋繊維のような多核化を必要とする細胞も存在する。多核化することによって核ごとに異なる機能を果たせるという利点がある一方、細胞質を共有するため網羅的な遺伝子発現の解析は難航していた。今回、筆者らは単核RNA-seq (single-nucleus RNA-sequencing)を駆使し、5ヶ月齢のマウスの前脛骨筋を用い、多核の筋繊維における遺伝子発現の多様性を調べた。Unbiased clusteringを行った結果、筋性細胞核はType IIb myonuclei (Myh4), Type IIx myonuclei (Myh1), 神経筋接合部 (Chrne), 筋腱接合部(Col22a1)と4つのクラスターに分かれた。筋組織は生後より発達、成熟、老化という過程を辿ることが知られている。そこで、筆者らは異なる時期におけるクラスターの構成に変化が生じるかについて、5月齢マウスの他、生後10日目(P10)、P21、24月齢、30月齢マウスを用い、snRNA-seqを行った。その結果、時期特異的なクラスターが認められた。本研究は多核の筋繊維は遺伝子発現の多様性をも有することを示し、筋繊維の遺伝子発現を解析する新たな分子基盤を提供した。

    腫瘍免疫

    乳がんにおけるRANK signaling阻害はCD8陽性T細胞による抗腫瘍免疫反応を促進する

    原題:

    Inhibition of RANK signaling in breast cancer induces an anti-tumor immune response orchestrated by CD8+ T cells.

    著者:

    Clara Gomez-Aleza, Bastien Nguyen, Guillermo Yoldi, Marina Ciscar, Alexandra Barranco, Enrique Hernandez-Jimenez, Marion Maetens, Roberto Salgado, Maria Zafeiroglou, Pasquale Pellegrini, David Venet, Soizic Garaud, Eva M. Trinidad, Sandra Benitez, Peter Vuylsteke, Laura Polastro, Hans Wildiers, Philippe Simon, Geoffrey Lendeman, Denis Larsimont Gert Van den Eynden, Chloe Velghe, Francoise Rothe, Karen Willard-Gallo, Stefan Michiels, Purificacion Munoz, Thierry Walzer, Lourdes Planelles, Josef Penninger, Hatem A.Azim Ju, Sherene Loi, Martine Piccart, Christos Sotiriou & Eva Gonzalez-Suarez.

    雑誌:

    Nat. Commun., 11:6335 (2020)

    POINT!

    乳がんは免疫細胞の浸潤が少なく、免疫療法に対する反応性が低いことが知られている。著者らは、ルミナール型乳がんのモデルであるPyMT腫瘍モデルを用いて、がん細胞でRANKを欠損させることにより、腫瘍浸潤リンパ球およびCD8陽性T細胞が増加することを見出した。また、RANK欠損がん細胞を移植したマウスにおいてCD8陽性T細胞を欠損させたところ、腫瘍形成が有意に阻害された。RANK欠損がん細胞とRANK発現がん細胞を用いて、腫瘍組織内のmRNAレベルで遺伝子発現を比較したところ、RANK発現がん細胞由来腫瘍ではIL-1bやCaspase-4などが上昇しているとともに、好中球刺激関連遺伝子であるs100a9の上昇傾向がみられた。好中球によるT細胞性免疫抑制機構が報告されていることから、RANK発現がん細胞移植モデルにおいて抗体投与により好中球を除去したところ、腫瘍浸潤リンパ球の増加および腫瘍関連マクロファージの減少がみられ、腫瘍形成は有意に阻害された。さらに、RANK発現がん細胞移植モデルにおいて抗RANKL抗体と抗PD-1抗体、抗CTLA-4抗体の併用により腫瘍形成が有意に抑制された。また、閉経前早期乳がん患者を対象とした臨床試験の解析から、術前単剤デノスマブ投与により、腫瘍浸潤リンパ球およびCD8陽性T細胞が増加することが明らかになった。以上の結果により、がんの免疫回避におけるRANK signalingの関与が明らかになり、RANKL阻害がルミナール型乳がんの免疫療法の効果を促進する可能性が示された。

    マラリア原虫感染

    骨髄ニッチの操作はマラリア感染時の造血幹細胞へのダメージを制限する

    原題:

    Manipulating niche composition limits damage to haematopoietic stem cells during Plasmodium infection

    著者:

    Myriam L. R. Haltalli, Samuel Watcham, Nicola K. Wilson, Kira Eilers1, Alexander Lipien, Heather Ang, Flora Birch, Sara Gonzalez Anton, Chiara Pirillo, Nicola Ruivo, Maria L. Vainieri, Constandina Pospori, Robert E. Sinden, Tiago C. Luis, Jean Langhorne, Ken R. Duffy, Berthold Göttgens, Andrew M. Blagborough and Cristina Lo Celso

    雑誌:

    Nat. Cell. Biol., 22: 1399–1410 (2020)

    POINT!

    重篤な感染症は造血への大きなストレスの一つであり、造血幹細胞にも影響をあたることが近年明らかになってきている。造血幹細胞の機能は複雑な骨髄ニッチ機能に大きく依存している。しかしながら、造血幹細胞への感染の影響を媒介するという点において、骨髄微小環境がどのような役割を果たしているのかの詳細は不明であった。筆者たちはマラリア感染マウスモデルを使用し、シングルセルRNAシーケンス、数理モデル、移植実験、生体イメージングを組み合わせて解析することにより、感染時に造血が再プログラムされることを明らかにした。マラリア感染が起きると造血幹細胞分画が定常状態よりも大幅に速く代謝し、HSC機能が損なわれることがわかった。マラリア感染時には、インターフェロン産生が上昇し、生体防御にも働く一方で宿主にダメージを与えることも報告されている。また、IFN応答は造血および間葉系骨髄細胞の両方に影響を与えることがわかっているが、彼らのデータからは間葉系細胞側の反応がIFN応答後のHSC増殖に必要であることを示唆した。また、筆者たちはマラリア感染時に見られる骨芽細胞の劇的な欠失と内皮細胞機能の変化に注目した。骨形成を促す副甲状腺ホルモン(PTH)の投与は、感染誘導性のHSC増殖を抑制し、活性酸素種の失活と関連して、HSC機能を部分的にレスキューできることを見いだした。今後は重度な感染時の治療法としてHSCや骨髄ニッチ機能を維持するというアプローチの有効性を検証していく必要があるだろう。

    RANK

    B細胞における病的RANKシグナルは自己免疫や慢性リンパ性白血病を引き起こす

    原題:

    Pathological RANK signaling in B cells drives autoimmunity and chronic lymphocytic leukemia

    著者:

    Begüm Alankus, Veronika Ecker, Nathalie Vahl, Martina Braun, Wilko Weichert, Stephan Macher-Goppinger, Torben Gehring, Tanja Neumayer, Thorsten Zenz, Maike Buchner, and Jürgen Ruland

    雑誌:

    J.Exp.Med., 218: e20200517 (2021)

    POINT!

    RANKシグナルの異常はB細胞関連の自己免疫疾患や悪性腫瘍に重要であると知られていたが、そのメカニズムは不明だった。本研究で著者らはB細胞でヒトリンパ腫由来の過活性化RANKK240Eを発現するマウス(RANKK240E CD19-Creマウス)を作製した。RANKK240E CD19-Creマウスでは異常なRANKシグナルがB細胞の自己寛容を阻害し、全身性エリテマトーデス(SLE)様の疾患や慢性リンパ性白血病(CLL)を引き起こす事を示した。またRANKK240E発現CLL細胞、マウス及びヒト由来のCLL細胞の生存は微小環境中のRANKLに依存している事が示された。更に抗RANKL抗体を用いてRANKL-RANKシグナルを阻害すると、マウス及びヒト由来のCLL細胞において細胞死を起こすことが明らかになった。以上の成果により、B細胞における病的RANKシグナルがB細胞関連の自己免疫疾患や悪性腫瘍を引き起こす潜在的な要因の1つであり、臨床で使われているRANKL阻害剤がCLLの治療薬になりうる可能性が示された。

    OPG

    OPG産生は、それが起こった場所で重要

    原題:

    OPG production matters where it happened

    著者:

    Masayuki Tsukasaki, Tatsuo Asano, Ryunosuke Muro, Nam Cong-Nhat Huynh, Noriko Komatsu, Kazuo Okamoto, Kenta Nakano, Tadashi Okamura, Takeshi Nitta and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Cell Rep 32: 108124 (2020)

    POINT!

    RANKLは破骨細胞、胸腺髄質上皮細胞、腸管M(microfold)細胞の分化に必須のサイトカインであり、その作用はデコイ受容体であるOPG(osteoprotegerin)によって負に制御されている。OPGは血中を循環している可溶性因子であり、OPGの血中濃度は骨疾患や心疾患、炎症性腸疾患と相関することが報告されている。しかしながら生体内におけるOPGの産生源は未知であり、単一臓器由来のOPGが全身を循環し、骨、胸腺、腸管においてRANKLの機能を制御しているのか、あるいはそれぞれの臓器で局所的に産生されるOPGがRANKL制御に重要なのかは不明であった。本研究で著者らはOPGのfloxマウスを作出し、骨、胸腺、腸管におけるOPGの産生源を探索した。シングルセルRNA-seq解析およびOPGコンディショナル欠損マウスの表現型解析の結果から、骨においては骨芽細胞、胸腺においては胸腺髄質上皮細胞、腸管においてはM細胞がOPGの主要な産生源であることが明らかとなった。興味深いことに、骨芽細胞、胸腺上皮細胞、腸管上皮細胞で特異的にOPGを欠損したマウスでは、それぞれ骨、胸腺、腸管において顕著な表現型を呈する一方、いずれのマウスにおいても血中OPG濃度は正常に保たれており、循環OPGは骨および免疫組織の恒常性に寄与しないことが示された。以上から、血中OPGでなく局所で産生されたOPGこそが骨免疫システム制御に重要であり、RANKLの多彩な機能は局所的に厳密に制御されていることが明らかとなった。

    OPG

    骨芽細胞によるOPGの局所産生は骨吸収を抑制する

    原題:

    Local Production of Osteoprotegerin by Osteoblasts Suppresses Bone Resorption

    著者:

    Keisha M. Cawley, Nancy Cecile Bustamante-Gomez, Anveshi G. Guha, Ryan S. MacLeod, Jinhu Xiong, Igor Gubrij, Yu Liu, Robin Mulkey, Michela Palmieri, Jeff D. Thostenson, Joseph J. Goellner, Charles A. O’Brien

    雑誌:

    Cell Rep 32: 108052 (2020)

    POINT!

    Osteoprotegerin(OPG)はRANKLのおとり受容体であり、RANKLシグナルを抑制することで、破骨細胞の分化、成熟、機能を抑制する。RANKLコンディショナルノックアウトマウスを用いた研究によって、骨代謝調節におけるRANKLの産生源は骨芽細胞、軟骨細胞、骨細胞であることが明らかにされていたが、OPGを産生する細胞は明らかではなかった。本研究では、OPGのfloxマウスを作出し、OPG産生細胞の同定および機能解明を試みた。過去の報告では、B細胞、骨細胞、骨芽細胞がOPGの産生源である可能性が示唆されていたが、B細胞および骨細胞特異的なOPG欠損マウスでは骨量に変化が認められず、B細胞と骨細胞はOPGの主要な産生源ではないことが示された。対照的に、骨芽細胞特異的にOPGを欠損したマウスでは、OPGのグローバルノックアウトマウスと同等の骨量減少を示したことから、骨芽細胞がOPGの主要な産生源であることが示された。興味深いことに、骨芽細胞特異的OPG欠損マウスでも血中OPG濃度は正常に保たれており、血中OPGのソースは骨芽細胞ではないこと、そして血中OPGは骨代謝制御に寄与しないことが明らかとなった。以上より、骨芽細胞が局所的に産生するOPGが骨恒常性に必須の役割を持つことが示された。

    組織再生

    脊椎動物において再生応答性エンハンサーの変化が再生能力を形づくる。

    原題:

    Changes in regeneration-responsive enhancers shape regenerative capacities in vertebrates

    著者:

    Wei Wang, Chi-Kuo Hu, An Zeng, Dana Alegre, Deqing Hu, Kirsten Gotting, Augusto Ortega Granillo, Yongfu Wang, Sofia Robb, Robert Schnittker, Shasha Zhang, Dillon Alegre, Hua Li, Eric Ross, Ning Zhang, Anne Brunet, Alejandro Sánchez Alvarado

    雑誌:

    Science 369: eaaz3090 (2020).

    POINT!

    疾病や損傷により失われた組織を再生する能力は、脊椎動物の中で種によって大きく異なる。例えば、硬骨魚類は高い組織再生能力を有しており、付属肢(鰭)、心室、脊髄など多種の器官を再生できるのに対し、哺乳類は一般的に組織再生能力が低いと言われている。しかし、この再生能力の違いを生むメカニズムは不明であった。本研究でWangらは進化的に離れたゼブラフィッシュとメダカを用い、ChIP-seq、RNAs-seq及びシングルセルRNA-seqの結果から、種を越えて保存された再生応答性エンハンサー(RRE)を見つけた。RREは尾鰭の切断によって活性化され、下流のInhba (activin A)の発現を制御する。Inhba-RREの欠損は尾鰭及び心臓の再生を阻害した。Inhba-RREには機能的に重要なAP-1結合モチーフがあり、損傷応答と再生応答を起こす。一方、ヒトもAP-1結合モチーフのあるInhba RREのオルソログを持っている。しかし、ヒトRREをRRE欠損メダカに導入してもメダカの再生能力が回復しないことから、ヒトRREは再生応答を誘発できないことがわかった。以上から、進化の過程でのRREの変化が再生能力に影響していることが明らかとなった。

    実験的自己免疫性脳脊髄炎

    腸内細菌が神経性炎症を増悪化する仕組み

    原題:

    Gut microorganisms act together to exacerbate inflammation in spinal cords

    著者:

    Eiji Miyauchi, Seok-Won Kim, Wataru Suda, Masami Kawasumi, Satoshi Onawa, Naoko Taguchi-Atarashi, Hidetoshi Morita, Todd D. Taylor, Masahira Hattori, Hiroshi Ohno

    雑誌:

    Nature 581: 102-106 (2020)

    POINT!

    多発性硬化症罹患者では、腸内細菌叢に特徴がある。実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)は、多発性硬化症モデルとして広く用いられる疾患モデルであり、神経性炎症の重症度に腸内細菌が関与していることが知られている。しかし、腸内細菌がどのようにして遠隔臓器である神経系の炎症を誘導しているのかは不明であった。筆者らは、独立した2種の腸内細菌が病原性を有するミエリンオリゴデンドロサイト糖タンパク質(MOG)特異的なT細胞の分化を腸内にて誘導することを示した。様々な抗生剤を単剤で投与したマウスにEAEを誘導した結果、EAEの発症はアンピシリン投与によって抑制された。アンピシリン投与マウスの腸内では、Erysipelotrichaceae科の細菌(OTU0002)が減少していた。OTU0002は腸内にてTh17細胞を分化誘導し、EAEの発症に十分であることが示されたが、EAEの重症度は、比較的軽微であり、他の細菌がEAEの発症に関与することが示唆された。筆者らは、shotgun sequence 法により腸内細菌の遺伝情報を解析した結果、MOGと類似したペプチドを持つLactobacillus reuteriを同定した。L. reuteriのUvrAにコードされるペプチドは、交差性にMOG特異的T細胞の活性を誘導した。また、OTU0002とL. reuteriを無菌マウスに移入することでEAEの症状が増悪した。以上より、L. reuteriがMOG特異的なT細胞の活性化を誘導し、OTU0002が病原性を付与することで、EAEの増悪化を引き起こすことが明らかにされた。

    骨格幹細胞

    骨格幹細胞の活性化による関節軟骨の再生

    原題:

    Articular cartilage regeneration by activated skeletal stem cells

    著者:

    Matthew P. Murphy, Lauren S. Koepke , Michael T. Lopez, Xinming Tong, Thomas H. Ambrosi, Gunsagar S. Gulati , Owen Marecic, Yuting Wang, Ryan C. Ransom, Malachia Y. Hoover, Holly Steininger, Liming Zhao, Marcin P. Walkiewicz , Natalina Quarto, Benjamin Levi, Derrick C. Wan, Irving L. Weissman , Stuart B. Goodman, Fan Yang, Michael T. Longaker and Charles K. F. Chan

    雑誌:

    Nat. Med. 26: 1583–1592(2020)

    POINT!

    変形性関節症は、関節軟骨の不可逆な破壊が進行する変性疾患である。変形性関節症の病因は複雑であり、遺伝体質や外傷、慢性炎症などの様々な要因が絡んでいる。筆者らは骨格幹細胞における軟骨再生と年齢との関連、および変形性関節症への寄与について検討した。筆者らは加齢に伴い骨格幹細胞が喪失すること、ヒトおよびマウスの関節で軟骨形成が減少することを示した。これまでMF手術(microfracture surgery)を施すことによる再生誘導刺激により、成人マウスの関節軟骨の表面において、局所の骨格幹細胞を増加させることが示されている。MF手術によって活性化した骨格幹細胞は通常、線維組織を形成する傾向にあったが、MF手術部位をBMP2と可溶性VEGFR1(VEGF受容体阻害因子)を含んだハイドロゲルで処理するにより骨格幹細胞は関節軟骨に分化する傾向にあった。これらの知見は骨格幹細胞はMF手術に続き、変形性関節症の限局した軟骨病変の軟骨再生治療に寄与する可能性を示している。

    骨髄脂肪細胞

    成体マウスにおける脂肪細胞の除去は著しい骨量増加を引き起こす

    原題:

    Ablation of fat cells in adult mice induces massive bone gain

    著者:

    Wei Zou, Nidhi Rohatgi, Yongjia Li, Ruteja A. Barve, Eric Tycksen, Jonathan R. Brestoff, Yung Kim, Matthew J. Silva, Steven L. Teitelbaum

    雑誌:

    Cell Metab. 32: 1-13 (2020)

    POINT!

    脂肪細胞が骨量を制御することは知られているが、そのメカニズムには不明な点が多い。著者らは、脂肪細胞特異的にDTRを発現するマウス(DTRADQマウス)を作製し、成体マウスにおける脂肪細胞の除去が骨に与える影響を検証した。8週齢のDTRADQマウスにDTまたはPBSを投与したところ、DT投与群では、皮下白色脂肪組織、精巣上体周囲白色脂肪組織、褐色脂肪組織および骨髄脂肪組織の減少が確認された。DT投与開始から10日後の大腿骨および脊椎の解析において、コントロールと比較して1000%もの骨量の増加がみられた。DT/DTRADQマウスは耐糖能異常を示すが、野生型マウス由来白色脂肪組織を移植したところ、耐糖能異常は改善された一方で骨量増加に変化はなかった。DTRADQマウスと野生型マウスのparabiosisにおいて、野生型マウスまたはDTRADQマウスにDTを投与したところ、DTRADQマウスのみで骨量の増加がみられたことから、脂肪細胞除去による骨量増加に寄与しているのは末梢の脂肪組織ではなく、骨髄脂肪組織であることが示された。また、DT/DTRADQマウスの骨髄細胞ではChrdl1Grem1の低下およびWisp1の上昇がみられ、BMPR signalingが亢進していることが明らかになった。DT/ DTRADQマウスへのBMPR inhibitorの投与によって、骨量増加は抑制された。さらに、DT/ DTRADQマウスにおいてEGFR signalingがBMPR signalingに協調的に働き、EGFR inhibitorの投与により骨量増加が抑制されることも示された。以上により、骨髄脂肪細胞による骨量制御メカニズムが明らかになった。

    IL-17

    IL-17と免疫系により誘導された老化は変形性関節症への応答を調節する

    原題:

    IL-17 and immunologically induced senescence regulate response to injury in osteoarthritis

    著者:

    Heather J Faust, Hong Zhang, Jin Han, Matthew T Wolf, Ok Hee Jeon, Kaitlyn Sadtler, Alexis N Peña, Liam Chung, David R Maestas Jr, Ada J Tam, Drew M Pardoll, Judith Campisi, Franck Housseau, Daohong Zhou, Clifton O Bingham 3rd, Jennifer H Elisseeff

    雑誌:

    J Clin Invest 130(10):5493-5507 (2020)

    POINT!

    老化組織では実質細胞と共に免疫細胞の機能にも変化がおこり、これらが複合的に組織再生に影響する。関節組織の老化は、外傷後の変形性関節症(PTOA)発症の原因となる。本研究において、著者らは細胞老化とPTOAにおける免疫系の関係に着目した。OAを模倣する前十字靭帯切断(ACLT)モデルマウスの関節組織を解析したところ、受傷後早期にCD8+T細胞とγδT細胞の細胞数増加、およびIL-17A産生CD4+T細胞とIL-17F産生γδT細胞の割合の増加を認めた。その後、所属リンパ節(鼠径リンパ節)ではI型およびIII型自然リンパ球(ILC)も出現した。損傷関節では、老化細胞の特徴であるCdkn1aCdkn2aの持続的発現上昇が見られた。老齢マウスの所属リンパ節では若齢マウスよりもIL-17A発現率が高値であった。老化細胞の除去(senolysis)がOAに与える影響を解析するために、senolysis誘導薬のUBX0101とNavitoclaxを投与した。老化細胞を除去したマウスでは、Th17細胞数やIl117aIl17f発現が減少し、関節組織にも改善が見られた。老化と17型炎症反応の関係をさらに検討するために、IL-17A中和抗体を関節腔投与したところ、Cdkn1aの発現低下を伴う関節症状の寛解が認められた。In vitroの実験では、老化を誘導した線維芽細胞はTGF-β存在下で共培養したナイーブT細胞によるIL-17産生増加を誘導した。一方、Th17細胞は共培養した線維芽細胞のIL-6産生を促進した。損傷関節では組織修復に関わるIL-4が発現したが、この発現は老化細胞の除去やIL-17中和抗体の投与によって促進した。Il4r–/–マウスにACLTを行ったところ、老化細胞の除去によるOA治療効果は認められなかった。以上より、IL-17は関節組織の細胞老化によるPTOA増悪において中心的な役割を果たすことが明らかになった。

    BDNF

    STAT3-BDNF-TrkBシグナルは肺損傷後の肺胞上皮の再生を促進する

    原題:

    STAT3–BDNF–TrkB signalling promotes alveolar epithelial regeneration after lung injury

    著者:

    Andrew J Paris, Katharina E Hayer, Joseph H Oved, Daphne C Avgousti, Sushila A Toulmin, Jarod A Zepp, William J Zacharias, Jeremy B Katzen, Maria C Basil, Madison M Kremp, April R Slamowitz, Sowmya Jayachandran, Aravind Sivakumar, Ning Dai, Ping Wang, David B Frank, Laurence C Eisenlohr, Edward Cantu 3rd, Michael F Beers, Matthew D Weitzman, Edward E Morrisey, G Scott Worthen

    雑誌:

    Nat Cell Biol 22(10):1197-1210 (2020)

    POINT!

    気道上皮前駆細胞の中で、II型肺胞上皮細胞(AT2)は様々な病態からの組織再生に重要であることが近年相次いで報告された。AT2は定常状態では肺サーファクタントの分泌細胞として機能することから、著者らは肺障害における上皮の喪失がAT2機能を変化させ、幹細胞に変容させると考えた。酸の吸入により無菌性肺損傷を惹起したマウスよりAT2を単離し、ATAC-seq解析を行ったところ、非損傷組織と損傷組織とではAT2オープンクロマチン領域は大きく異なっており、STAT3、ELK4、TBX5、SPIBの結合モチーフが抽出された。肺胞灌流液中にIL-6が見出されたことから、これらの転写因子のうちSTAT3に着目した。肺損傷モデルマウスやびまん性肺胞障害のヒト患者の肺組織ではSTAT3リン酸化が見出された。AT2特異的にSTAT3を欠損するSftpcCreERT2Stat3f/fマウスでは、肺損傷後の組織再生が著しく障害され、肺胞還流液中にはタンパク質の漏出が多く認められた。さらに、このマウスのAT2の増殖活性は低下していた。急性期にはコントロールマウスの肺組織との差異に乏しかったことから、肺損傷時のAT2において、STAT3は亜急性期〜慢性期に重要と考えられた。STAT3の標的遺伝子を明らかにするために単細胞RNA-seq解析を行った。肺損傷により分化転換しているクラスターで高発現し、STAT3結合配列を有する遺伝子として、Bdnfが抽出された。実際、SftpcCreERT2Stat3f/fマウスの肺胞や肺胞還流液ではBDNF発現が低下していた。BDNFはAT2と肺の間葉系細胞の共培養におけるオルガノイド形成を促進したことから、BDNFの肺胞再生促進作用が示唆された。AT2特異的にBDNFを欠損するSftpcCreERT2Bdnff/fマウスでは肺損傷からの回復が障害され、タンパク質の漏出増加やAT2の増殖活性の低下が認められた。BDNF受容体TrkBはAT2ではなく、肺胞ニッチ細胞(MANC)とよばれる間葉系細胞で発現していた。間葉系細胞でTrkBを欠損するPdgfraCreERT2Ntrk2f/fマウスでは、肺損傷後の回復が障害された。FGF7はMANC由来の重要なサイトカインとされているが、SftpcCreERT2Stat3f/fマウス、SftpcCreERT2Bdnff/fマウス、PdgfraCreERT2Ntrk2f/fマウスではFGF7産生レベルは低値であった。FGF7は肺胞オルガノイド形成を促進した。TrkBアゴニストの7,8-DHFを投与したところ、肺胞組織の回復が促進された。以上より、肺胞損傷時にはAT2でSTAT3–BDNF–TrkB経路を介してFGF7産生が促進され、組織再生が誘導されることが明らかになった。

    神経-免疫クロストーク

    自然免疫系の過剰な活性化はTLR2とIL33を介した神経-免疫クロストークによって疼痛を惹起する

    原題:

    Hyperactivity of Innate Immunity Triggers Pain via TLR2-IL-33-Mediated Neuroimmune Crosstalk

    著者:

    Junting Huang, Maria A Gandini, Lina Chen, Said M'Dahoma, Patrick L Stemkowski, Hyunjae Chung, Daniel A Muruve, Gerald W Zamponi

    雑誌:

    Cell Rep 33(1):108233 (2020)

    POINT!

    感染に伴い自然免疫系が活性化されると疼痛が惹起されるが、自然免疫と感覚神経をつなぐメカニズムには不明な点が多い。著者らは、持続する疼痛を伴う慢性炎症を引き起こす完全フロイントアジュバント(CFA)をマウスの足底部に注射し、神経-免疫クロストークを解析した。CFA注射による接触過敏の誘導に伴い、脊髄背側ではTLR1/2/6の、後肢ではTLR2/6の発現が上昇した。Tlr2–/–マウスでは、CFA投与による機械的刺激や温熱刺激に対する過敏は見られなかったため、TLR2はCFAによる疼痛反応に関与することが示された。Tlr6に対するsiRNAの足底部投与は疼痛を緩和したため、TLR6もCFA誘導性の疼痛の発現に寄与すると考えられた。TLR2/6ヘテロダイマーのアゴニストであるFSL1の投与は痛覚過敏を惹起し、この時投与部には白血球の浸潤が起きていた。また、後根神経節(DRG)ではグルタミン合成酵素(GS)陽性グリア細胞でTLR2発現が上昇した。TLRシグナル下流ではインフラマソームが活性化されるが、インフラマソームの疼痛への影響には不明な点が多い。FSL1刺激によりNlrp3発現が上昇したことから、TLR誘導性疼痛へのインフラマソームの関与が示唆された。Nlrp3–/–マウスやNLRP3阻害剤MCC950を投与したマウスでは、FSL1誘導性の疼痛が大きく緩和された。NLRP3がTLR2による疼痛反応を仲介するメカニズムを明らかにするために、DRG中のサイトカインとケモカインを解析したところ、FSL1投与でIL-33が上昇したが、その上昇効果はNlrp3–/–マウスやTlr2–/–マウスでは限定的であった。このとき、IL-33はDRGでは神経細胞近傍に存在するサテライトグリア細胞によって、後肢ではケラチノサイトによって産生された。IL-33受容体のST2は神経細胞で発現しており、ST2中和抗体の投与は機械的刺激や熱刺激による疼痛を軽減した。以上より、末梢組織で発生したTLRシグナルはインフラマソームを介して末梢組織と神経節でIL-33を誘導し、痛覚を生じることが示された。

    B-ALL

    B細胞性急性リンパ芽球性白血病細胞はRANK-RANKL依存性骨破壊に関わる

    原題:

    B cell acute lymphoblastic leukemia cells mediate RANK-RANKL–dependent bone destruction

    著者:

    Sujeetha A. Rajakumar, Eniko Papp, Kathy K. Lee, Ildiko Grandal, Daniele Merico, Careesa C. Liu, Bedilu Allo, Lucia Zhang, Marc D. Grynpas, Mark D. Minden, Johann K. Hitzler, Cynthia J. Guidos, Jayne S. Danska

    雑誌:

    Sci Transl Med, 12, eaba5942 (2020)

    POINT!

    多くのB細胞性急性リンパ芽球性白血病(B-ALL)患者は骨減少症や骨壊死など、治療に関連した長期的な健康問題を経験することが多い。ALLと診断された時点で骨折を発症している患者もいることから、著者らは白血病B細胞が骨の病理に直接寄与している可能性を検討した。B-ALLに起因する骨破壊メカニズムを明らかにするため、自然発症B-ALLモデルのp53–/–; Rag2–/–; Prkdcscid/scid三重変異(TM)マウスとp53–/–; Prkdcscid/scid二重変異(DM)マウスが使用された。TM白血病細胞はRANKLを強く発現しており、TM白血病細胞を含む脾臓細胞を放射線照射したRag2–/–マウスに移植すると、顕著な海綿骨量減少が生じた一方、DM細胞細胞の移植では骨量の変化は誘導されなかった。ヒトB-ALL診断時に回収したヒトB-ALL細胞でもRANKLが発現していたことから、これらの細胞をNOD. Prkdcscid/scidIl2rgtm1Wjl/SzJ(NSG)マウスへ移植して骨への影響を観察したところ、特に骨幹端においてRANKL発現細胞が多く観察され、多核破骨細胞の増加や骨破壊の誘導により海綿骨減少がもたらされた。これらのマウスにリコンビナントOPG-Fcを投与したところ、骨破壊が抑制された。著者らのデータは、B-ALLによって誘導される骨破壊の原因となるRANK-RANKLシグナルの重要性を示しており、これらの患者に対するRANKLを標的とした治療の有効性が示唆された。

    OSCAR

    OSCAR阻害は軟骨細胞のアポトーシス制御を介して関節軟骨破壊を抑制する

    原題:

    Osteoclast-associated receptor blockade prevents articular cartilage destruction via chondrocyte apoptosis regulation

    著者:

    Doo Ri Park, Jihee Kim, Gyeong Min Kim, Haeseung Lee, Minhee Kim, Donghyun Hwang, Hana Lee, Han-Sung Kim, Wankyu Kim, Min Chan Park, Hyunbo Shim, Soo Young Lee

    雑誌:

    Nat Commun, 11, 4343 (2020)

    POINT!

    変形性関節症(OA)の進行を制御するプロセスについて十分に解明されてはいないのが現状である。本研究で著者らは、OAと免疫グロブリン様コラーゲン認識受容体であるosteoclast-associated receptor(OSCAR)発現上昇との関連を明らかにした。OSCAR欠失マウスで半月板不安定化によりOAを誘導すると、野生型と比較して関節軟骨の破壊、軟骨下骨の骨硬化、硝子軟骨の喪失などのOAの症状が抑制されていた。RNA-seqなどの解析から、これらの現象は関節軟骨におけるTRAIL発現の低下及びOPG発現の上昇に起因していることが明らかにされた。また、マウス関節軟骨の初代培養細胞において、IL-1bとコラゲナーゼ刺激によりOSCAR発現が上昇し、アポトーシスが促進されることも示された。さらに、OAモデルマウスに対するヒトOSCAR-Fc融合タンパク質の投与により関節軟骨細胞のアポトーシスが抑制され、OA症状が改善された。以上から、OSCAR阻害がOA治療の標的となる可能性が示唆された。

    Cre-loxPシステム

    Cre発現マウスによる神経系特異的遺伝子ターゲティングの最適化: 生殖細胞系列での組換えとそれらに影響する因子

    原題:

    Optimizing Nervous System-Specific Gene Targeting with Cre Driver Lines: Prevalence of Germline Recombination and Influencing Factors

    著者:

    Lin Luo, Mateusz C. Ambrozkiewicz, Fritz Benseler, Cui Chen, Emilie Dumontier, Susanne Falkner, Elisabetta Furlanis, Andrea M. Gomez, Naosuke Hoshina, Wei-Hsiang Huang, Mary Anne Hutchison, Yu Itoh-Maruoka, Laura A. Lavery, Wei Li, Tomohiko Maruo, Junko Motohashi, Emily Ling-Lin Pai, Kenneth A. Pelkey, Ariane Pereira, Thomas Philips, Jennifer L. Sinclair, Jeff A. Stogsdill, Lisa Traunmuller, Jiexin Wang, Joke Wortel, Wenjia You, Nashat Abumaria, Kevin T. Beier, Nils Brose, Harold A. Burgess, Constance L. Cepko, Jean-Francois Cloutier, Cagla Eroglu, Sandra Goebbels, Pascal S. Kaeser, Jeremy N. Kay, Wei Lu, Liqun Luo, Kenji Mandai, Chris J. McBain, Klaus-Armin Nave, Marco A.M. Prado, Vania F. Prado, Jeffrey Rothstein, John L.R. Rubenstein, Gesine Saher, Kenji Sakimura, Joshua R. Sanes, Peter Scheiffele, Yoshimi Takai, Hisashi Umemori, Matthijs Verhage, Michisuke Yuzaki, Huda Yahya Zoghbi, Hiroshi Kawabe, Ann Marie Craig

    雑誌:

    Neuron, 106, 37–65 (2020)

    POINT!

    Cre-loxPシステムは、マウスにおける遺伝子ノックアウト、ノックイン、リポーター発現の空間的・時間的制御に非常に有用である。しかしながら、神経系特異的遺伝子組換えのために設計された様々なCre発現マウスにおいて、異なる頻度で生殖細胞系列における遺伝子組換えが起こることが報告されている。著者らは、神経系で一般的に使用されている64のCre発現マウスの母方・父方の生殖細胞系列における遺伝子組換えデータを集約し、それらの半数以上(64.1%)で生殖細胞系列における組換えが起こることを示した。同じプロモーターによるCre発現マウスの異なる系統間でも、その設計により生殖細胞系列における組換え効率に違いがあった。また、標的遺伝子座ごとに組換え効率が異なり、レポーターマウスによる確認のみでは対象とする遺伝子座の組換えが起こっているかどうかの確認には不十分であることも明らかにされた。同様の現象は、他のFlp-frtやDre-roxなどの組換えシステムや遺伝子組換え生物にも適用されうると考えられる。著者らは、本論文でCre-loxPシステムの生殖細胞系列における組換えに注意を喚起し、Cre-loxPシステムを用いたマウス実験のガイドラインを提示する。

    口腔—腸連関

    共生細菌が引き起こす腸炎における口腔—腸連関の役割

    原題:

    The Intermucosal Connection between the Mouth and Gut in Commensal Pathobiont-Driven Colitis

    著者:

    Sho Kitamoto, Hiroko Nagao-Kitamoto, Yizu Jiao, Merritt G Gillilland 3rd, Atsushi Hayashi, Jin Imai, Kohei Sugihara, Mao Miyoshi, Jennifer C Brazil, Peter Kuffa, Brett D Hill, Syed M Rizvi, Fei Wen, Shrinivas Bishu, Naohiro Inohara, Kathryn A Eaton, Asma Nusrat, Yu L Lei, William V Giannobile, Nobuhiko Kamada

    雑誌:

    Cell, 182: 447-462 (2020)

    POINT!

    炎症性腸疾患と歯周炎には疫学的な相関が認められるが、そのメカニズムの詳細は不明であった。本論文で著者らは、マウスの歯の周囲に絹糸を結紮することで常在菌依存的な歯周炎を誘導すると、DSS(デキストラン硫酸ナトリウム)誘導性腸炎モデルが増悪することを見出した。歯周炎を誘導したマウスでは、歯周炎組織だけでなく腸管粘膜でもTh17細胞の数及び頻度が増加しており、これらは口腔細菌に対する抗原特異性を有していた。光変換蛍光タンパク質を発現するカエデマウスを用いた解析により、歯周炎組織で誘導されたTh17細胞が腸管粘膜へと遊走し、唾液と共に飲み込まれた口腔細菌を腸管で認識することで再活性化し、腸炎の増悪に寄与することが明らかとなった。以上より、口腔疾患と他臓器疾患の連関を説明するメカニズムとして、「口腔細菌とそれを認識する免疫細胞とが双方とも移動し、他臓器で再び遭遇することで炎症を引き起こす」という新たな可能性が提唱された。

    骨転移

    単球由来マクロファージが乳がん骨転移の進展を促進する

    原題:

    Monocyte-derived macrophages promote breast cancer bone metastasis outgrowth

    著者:

    Ruo-Yu Ma, Hui Zhang, Xue-Feng Li, Cheng-Bin Zhang, Cigdem Selli, Giulia Tagliavini, Alyson D Lam, Sandrine Prost, Andrew H Sims, Hai-Yan Hu, Tianlei Ying, Zhan Wang, Zhaoming Ye, Jeffrey W Pollard, Bin-Zhi Qian

    雑誌:

    J. Exp. Med. 217: e20191820 (2020)

    POINT!

    乳がんにおいて骨転移は主要な死因の一つであるが、その病態メカニズムは未だ不明な点が多い。著者らは、乳がん患者の骨転移検体およびマウスモデルにおいて、骨転移巣へのマクロファージの浸潤を明らかにした。続いて、乳がん細胞左心室内移入により骨転移が形成されたマウスに、clodronate liposomeを投与してマクロファージを枯渇させたところ、マクロファージ枯渇群で骨転移の進展が有意に抑制された。また、Lineage trackingにより、Ly6C+ CCR2+炎症性単球が骨転移巣のマクロファージの起源であることがわかった。骨転移巣および正常な骨組織のマクロファージをRNA-seqおよびフローサイトメトリーで解析したところ、骨転移巣のマクロファージではCD204およびIL-4Rが高発現していた。さらに、Il4ra–/–マウス由来の単球を移植したマウスでは、骨転移の進展が抑制された。以上の結果から、IL-4R依存的に骨転移を促進する単球由来マクロファージの存在が明らかになった。この研究により、IL-4Rおよびマクロファージの阻害が乳がん骨転移の新規治療標的となる可能性が示唆された。

    固有感覚神経

    固有感覚ニューロンに発現するPiezo2は骨格形成に必要不可欠である

    原題:

    Piezo2 expressed in proprioceptive neurons is essential for skeletal integrity

    著者:

    Eric Gracey, Dominika Hromadová, Melissa Lim, Zoya Qaiyum, Michael Zeng, Yuchen Yao, Archita Srinath, Yuriy Baglaenko, Natalia Yeremenko, William Westlin, Craig Masse, Mathias Müller, Birgit Strobl, Wenyan Miao,  Robert D. Inman

    雑誌:

    J. Clin. Invest., 1;130(4):1863-1878.  doi: 10.1172/JCI126567 (2020)

    POINT!

    ヒトにおいては、機械感受性イオンチャネルをコードしているPIEZO2遺伝子の変異により脊柱側弯症や股関節形成不全を含む骨格異常を呈することが知られている。筆者たちはマウスにおいて、固有感覚システム中のPiezo2欠失がヒトの骨格異常を再現することを見出した。四肢骨格形成に重要な間葉系細胞に発現するPrx-Cre、I型コラーゲンのCreマウス(Col1a1-Cre)やII型コラーゲンのCreマウス(Col2-Cre)でPiezo2を欠失してもヒトで見られるような骨格異常は引き起こされないにもかかわらず、神経系のGABA駆動性介在ニューロンに発現するパルブアルブミンのCreマウス(Pvalb-Cre)でPiezo2を欠失すると脊椎の配列異常や股関節形成不全を生じることがわかった。固有感覚系回路網を欠失するRunx3あるいはEgr3の変異マウスの表現型も確認したところ、股関節形成不全が見られた。Wnt1-Creで末梢神経系におけるRunx3を欠失してもEgr3欠損マウスと同様の関節異常を引き起こすことがわかった。しかし、骨格系(Col1a1-Cre、Col2-Cre)でRunx3を欠失しても股関節形成の異常は認められなかった。以上のことから、固有感覚システムが骨格への制御的役割を持つという新たな知見が得られた。

    肝臓—脳—腸連関

    肝臓―脳―腸連関による腸管制御性T細胞の維持

    原題:

    The liver–brain–gut neural arc maintains the Treg cell niche in the gut

    著者:

    Toshiaki Teratani, Yohei Mikami, Nobuhiro Nakamoto, Takahiro Suzuki, Yosuke Harada, Koji Okabayashi, Yuya Hagihara, Nobuhito Taniki, Keita Kohno, Shinsuke Sibata, Kentaro Miyamoto, Harumichi Ishigame, Po-Sung Chu, Tomohisa Sujino, Wataru Suda, Masahira Hattori, Minoru Matsui, Takaharu Okada, Hideyuki Okano, Masayuki Inoue, Toshihiko Yada, Yuko Kitagawa, Akihiko Yoshimura, Mamoru Tanida, Makoto Tsuda, Yusaku Iwasaki & Takanori Kanai

    雑誌:

    Nature, 182: 447-462 (2020)

    POINT!

    炎症性腸疾患と中枢神経疾患は臨床的、実験的な知見から関連があることが見出されてきたが、神経系が腸管免疫を制御する機構は十分に理解されていない。本研究にて筆者らは、肝臓―脳―腸連関を介した迷走神経反射によって腸管制御性T細胞(Treg)の分化と維持を制御していること示している。腸管固有粘膜層に存在する抗原提示細胞は神経伝達物質受容体を発現し、pTregの分化誘導を制御していることが示された。腸管と脳を結ぶ神経回路を探索した結果、肝臓と脳を結ぶ神経回路がTregの制御に関与し、当該神経回路の切断によって、誘導性腸炎が増悪することが示された。さらに、抗生物質やMyd88欠損マウスを用いた解析から、腸内細菌がこれら一連の経路のトリガーであることが明らかにされた。よって、腸内の情報が肝臓にて統合され、神経系を介し遠隔臓器へ情報が伝達されるという情報伝達機構の存在が証明された。

    サルコペニア

    RANKL阻害は筋力とインスリン感受性を改善し骨量を修復する

    原題:

    RANKL inhibition improves muscle strength and insulin sensitivity and restores bone mass

    著者:

    Nicolas Bonnet, Lucie Bourgoin, Emmanuel Biver, Eleni Douni, and Serge Ferrari

    雑誌:

    J Clin Invest. 129 :3214-3223. (2019)

    POINT!

    加齢に伴う骨格筋量の減少(サルコペニア)と骨粗鬆症はしばしば合併することが知られている。骨粗鬆症に対する治療薬は複数あるが、これまでのところサルペニアに有効な治療法は開発されていない。筆者らは骨粗鬆症の治療薬である抗RANKL抗体デノスマブの投与によって転倒頻度も低下することや、RANKLと拮抗するOPGの投与によって筋萎縮マウスモデルの筋力が回復することが報告されていることに注目した。筆者らはまず閉経後骨粗鬆症患者ではデノスマブの投与によって体肢除脂肪量と握力が上昇することを示した。次に筆者らはRANKL過剰発現マウスではミオスタチンなどの抗筋原性遺伝子および炎症性遺伝子の発現上昇を認め、筋量・筋力・筋細胞のグルコース取り込みが低下することを示した。またマウス横紋筋細胞株を用いてRANKLがNF-kBシグナルを介してインスリン抵抗性を促進することを示した。一方でOPGやデノスマブの投与によってRANKL過剰発現マウスの筋量・筋力・グルコース取り込みが回復することを示した。さらに筆者らは骨量低下・筋量低下・インスリン抵抗性を示すことが報告されているPparb欠損マウスを用いて、OPGの投与が骨格筋のインスリンシグナル伝達と炎症性遺伝子の発現を正常化させて筋量・筋力を回復することを示した。以上よりRANKLの阻害は骨粗鬆症マウス・患者の筋力やインスリン感受性を改善することが判明した。従ってデノスマブはサルコペニアの新たな治療アプローチになりうることが示された。

    Sclerostin

    海綿骨におけるSclerostinの発現は破骨細胞によって抑制される

    原題:

    Sclerostin expression in trabecular bone is downregulated by osteoclasts

    著者:

    Masanori Koide, Teruhito Yamashita, Kohei Murakami, Shunsuke Uehara, Keigo Nakamura, Midori Nakamura, Mai Matsushita, Toshiaki Ara, Hisataka Yasuda, Josef M. Penninger, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa and Yasuhiro Kobayashi

    雑誌:

    Sci Rep, 10: 13751 (2020)

    POINT!

    骨組織は、骨代謝の活発な海綿骨と不活発な皮質骨からなっているが、骨代謝率を決定するメカニズムは明らかになっていない。骨細胞はWnt/b-カテニンのアンタゴニストとして働くSclerostinを分泌し、骨形成を阻害できる。破骨細胞から分泌される白血病抑制因子(LIF)はSclerostinの発現を抑制することが報告されている。筆者らは、Sostレポーターマウスと培養破骨細胞を用いて、骨組織におけるSclerostinの発現と骨代謝との関係を検討した。マウスの骨組織では、Sclerostin陽性骨細胞は皮質骨に著明に多く、海面骨内に存在する破骨細胞の近傍の骨細胞にはSclerostinが発現していなかった。抗RANKL抗体を投与すると海綿骨の骨代謝が低下し、LIF陽性TRAP陽性破骨細胞が減少し、Sclerostin陽性骨細胞は増加した。RANKL+/−マウスでは、破骨細胞の減少は軽度であったが、LIF陽性破骨細胞が減少し、Sclerostin陽性骨細胞が増加しており、海綿骨の骨代謝は低下していた。また、培養破骨細胞ではRANKL濃度依存的にLif mRNA発現量が上昇した。本研究によって、海綿骨においてLIF陽性破骨細胞が骨細胞からのSclerostin発現を抑制し、骨代謝を制御しうることが示された。

    メカニカルストレス

    Gli1陽性の歯周組織幹細胞は骨細胞と咀嚼力により制御される

    原題:

    Gli1+ Periodontium Stem Cells Are Regulated by Osteocytes and Occlusal Force

    著者:

    Yi Men, Yuhong Wang, Yating Yi, Dian Jing, Wenjing Luo, Bo Shen, William Stenberg, Yang Chai, Woo-Ping Ge, Jian Q. Feng and Hu Zhao

    雑誌:

    Dev. Cell, 54, 1-16 (2020) Online ahead of print.

    POINT!

    歯槽骨や歯根膜などの歯周組織ではターンオーバーが起きているが、歯周組織幹細胞の実態はよく分かっていなかった。Gli1+細胞はマウスの切歯、頭蓋顔面の骨、長管骨の幹細胞であることが知られている。Gli1LacZマウスの解析により成獣マウスにおいてGli1+細胞がP21以降、徐々に根尖孔付近の歯髄さらには、根尖部の歯根膜腔に現局していくことが明らかになった。タモキシフェン処理した直後のGli1CreERT2Ai14マウスにおいて、Gli1+細胞は線維芽細胞、骨芽細胞、血管、神経とは異なる細胞であったが、血管や神経の近傍に存在することが示された。さらに、月単位での時間経過により、Gli1+細胞は歯根膜細胞、セメント芽細胞、歯槽骨骨細胞、歯髄細胞に分化することが明らかになった。EdUアッセイを行ったところ、Gli1+細胞はEdU陽性率が低値を示した。歯根分岐部を28G針で穿刺することにより歯周組織を損傷させ、組織再生を誘導したところ、EdU+Gli1+細胞は増加し、再生部位の骨形成に寄与した。タモキシフェン処理したGli1-CreERT2Ai14Axin2-LacZマウスの解析によりGli1+細胞の一部はAxin2を発現することが見出されたため、歯周組織幹細胞におけるWntシグナルの解析に着手した。タモキシフェン処理したGli1-CreERT2Ctnnb1f/fAi14マウスにおいては、著明な歯槽骨の欠損が認められ、これらの細胞におけるWntシグナルの重要性が示された。対合歯の抜去により咬合力負荷を減少させたところ、根尖部歯周組織ではGli1+細胞が減少していた。タモキシフェン処理したGli1-CreERT2Ai14Sost–/–マウスではこの効果がキャンセルされた。以上より、咬合力によるメカニカルストレスは歯槽骨のスクレロスチンを介してWntシグナルを調節し、Gli1+歯周組織幹細胞の活性を調節することが明らかになった。

    メカニカルストレス

    伸展に誘導される皮膚の上皮増殖メカニズムの一細胞解析

    原題:

    Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolution

    著者:

    Mariaceleste Aragona, Alejandro Sifrim, Milan Malfait, Yura Song, Jens Van Herck, Sophie Dekoninck, Souhir Gargouri, Gaëlle Lapouge, Benjamin Swedlund, Christine Dubois, Pieter Baatsen, Katlijn Vints, Seungmin Han, Fadel Tissir, Thierry Voet, Benjamin D. Simons and Cédric Blanpain

    雑誌:

    Nature. 584, 268-273 (2020)

    POINT!

    伸展による皮膚の増殖は欠損の再建手術に利用されている現象であるが、そのメカニズムはようやく解明され始めた段階である。著者らは、マウスの背部に術後1日で4 mLに増大するハイドロゲルを埋入した。ハイドロゲルの膨張に伴い一過性に埋入部の上皮細胞の密度が低下したものの、速やかに細胞増殖がおこり、術後4日の時点で密度は回復した。このとき、細胞間接着分子の発現に変化はなかったものの、免疫染色法にてα-カテニンの張力感受性ドメインa18の蛍光輝度が増加したため、接着分子のリモデリングが起きていると予想された。Krt14–CreERRosaConfettiマウスを用いた上皮細胞のクローン増殖の解析から、基底細胞は自己増幅する幹細胞ポピュレーションと上層の細胞に分化するポピュレーションが存在するという、ニッチモデルの挙動をとることが示唆された。実際、皮膚伸展に伴いKrt14+Krt10幹細胞は増加した。進展誘導性の基底細胞増殖のメカニズムを明らかにするために遺伝子発現の網羅的解析を行った。その結果、接着分子、small GTPase、細胞骨格の遺伝子発現が上昇し、EGFRシグナル、MAPK経路、YAP経路の活性化も見出された。また、ATAC-SeqによりAP1ファミリー転写因子の活性化が見出された。さらに、pseudotime解析により、ストレス応答が惹起されることも明らかになった。上記の結果から、各種遺伝子改変マウスと阻害剤投与を行い、細胞骨格およびそのリモデリングに関わる分子、MAPK経路、YAP経路が伸展による上皮増殖に影響するかを解析した。その結果、Diaph3、Myh9、MEK–ERK–AP1経路、Yap1、MALの関与が示された。以上より、皮膚伸展によって上皮細胞では細胞接着分子や細胞骨格のリモデリングが起き、MAPK経路やYAP経路が駆動され細胞の増殖が起こることが明らかになった。

    IL-33

    ミクログリアによる細胞外基質のリモデリングはシナプス可塑性を制御する

    原題:

    Microglial Remodeling of the Extracellular Matrix Promotes Synapse Plasticity

    著者:

    Phi T. Nguyen, Leah C. Dorman, Simon Pan, Ilia D. Vainchtein, Rafael T. Han, Hiromi Nakao-Inoue, Sunrae E. Taloma, Jerika J. Barron, Ari B. Molofsky, Mazen A. Kheirbek, and Anna V. Molofsky

    雑誌:

    Cell. 182(2) 1-16. (2020)

    POINT!

    海馬におけるシナプスリモデリングは、経験したことを神経回路として記憶するために必須の機構である。ミクログリアは活性化に伴いシナプスを貪食したり、逆にシナプス形成を促進することで、記憶の制御に寄与する。しかし、ミクログリアの活性化メカニズムについて知られていることは少ない。著者らは近年、アストロサイト由来のIL-33が脊髄と視床におけるシナプス数調節に関わることを見出した(Science, 2018)。本研究において、著者らはIl33mCherry/+マウスの解析から、海馬ではNeuN+神経細胞が主たるIL-33産生細胞であることを見出した。海馬の歯状回領域では70%以上の神経細胞がIL-33+であり、特に顆粒細胞に認められた。IL-33発現が経験によって変動するかを検討するために、Il33mCherry/+マウスをenriched environment (EE: ラット用の大きなケージでホイールや玩具などが設置された環境) で飼育した。その結果、EE飼育マウスの海馬では有意なIL-33発現上昇を認めた。一方、隔離飼育した場合は歯状回のIL-33+細胞数が減少した。IL-33は神経新生の2~4週後に発現することがわかった。各々の細胞のIL-33発現強度には差が認められた。この強弱が神経機能に関わるかをscRNA-Seq法にて検討した。歯状回ニューロンは#0と#2の二つのクラスターに分かれたが、IL-33+細胞はクラスター#2と一致した。このクラスターでは細胞接着、シナプス形成・可塑性、カドヘリン、細胞外基質の合成・リモデリングに関わる遺伝子が高発現していた。また、IL-33の発現レベルはスパインの数とcFos(神経活動性の指標)の陽性率と相関していた。IL-33の標的細胞を探索したところ、ミクログリアがIL-33受容体のIL-1RL1を高発現することを見出した。ニューロン特異的にIL-33を欠損させたIl33f/fSyn1CreマウスとミクログリアでIL-1RL1を欠損するIl1rl1f/fCx3cr1CreER/+マウスの歯状回とCA1領域ではスパインが減少した。この時、ミクログリアの数には変化はなかったが形態が変化していた。Il33f/fSyn1Creマウスでは、歯状回顆粒細胞の活動性シナプス後電位の頻度の低下を認めた。Il1rl1f/fCx3cr1CreER/+マウスではEEモデルによるシナプス増加効果が消失した。これらのマウスでは、恐怖記憶の定着が障害された。Il33f/fSyn1Creマウスでは、ミクログリアによる細胞外基質分子アグリカンの貪食が減少し、アグリカンが海馬に多量に沈着していた。以上より、経験記憶のプロセスにおいて、ニューロン由来のIL-33はミクログリアによるシナプスリモデリングを活性化させることで記憶形成を促進することがわかった。

    Piezo1

    腸管のPiezo1によるRNAの感知は全身性セロトニン合成に必要不可欠である

    原題:

    RNA Sensing by Gut Piezo1 Is Essential for Systemic Serotonin Synthesis

    著者:

    Erika Sugisawa, Yasunori Takayama, Naoki Takemura, Takeshi Kondo, Shigetsugu Hatakeyama, Yutaro Kumagai, Masataka Sunagawa, Makoto Tominaga, and Kenta Maruyama

    雑誌:

    Cell, 182, 1–16 (2020)

    POINT!

    腸クロム親和性細胞は、セロトニン(5-HT)産生を介して消化管の運動や水・電解質輸送を調節している。近年、腸内細菌やその代謝産物がセロトニン産生を制御することが示されたが、その分子メカニズムは未解明であった。本研究で著者らは、機械刺激受容体として知られるPiezo1チャネルが腸管では一本鎖RNA(ssRNA)のセンサーとして機能し、それにより5-HT産生を制御していることを明らかにした。マウス腸管上皮特異的にPiezo1を欠損させると、腸蠕動運動が著しく減少し、DSS誘導性腸炎が抑制され血清中の5-HT量が減少した。さらに、5-HTの減少は骨形成や海綿骨量を上昇させた。特筆すべきことに、腸管上皮のPiezo1は機械的刺激では活性化されず、抗生物質により腸内細菌を減少させると腸管上皮のセロトニン産生が抑制されたことから、糞便中に含まれる様々な腸内細菌由来分子のスクリーニングを行った結果、糞便中のssRNAが天然のPiezo1リガンドとして同定された。ssRNA刺激による腸管5-HT合成は MyD88/TRIF非依存的に誘発され、RNase Aを大腸に4週間連日注入すると腸の運動性が改善され、さらに骨量が増加した。これらの結果から、腸内細菌由来のssRNAが全身の5-HT量を決定する因子で、ssRNA-Peizo1が腸で産生されるセロトニンの関連する様々な疾患の理解や治療標的となる可能性があることが示唆された。

    Mincle

    骨細胞のネクローシスはMincleを介して破骨細胞による骨量減少を惹起する

    原題:

    Osteocyte necrosis triggers osteoclast-mediated bone loss through macrophage-inducible C-type lectin

    著者:

    Darja Andreev, Mengdan Liu, Daniela Weidner, Katerina Kachler, Maria Faas, Anika Grüneboom, Ursula Schlötzer-Schrehardt, Luis E. Muñoz, Ulrike Steffen, Bettina Grötsch, Barbara Killy, Gerhard Krönke, Andreas M. Luebke, Andreas Niemeier, Falk Wehrhan, Roland Lang, Georg Schett, and Aline Bozec

    雑誌:

    J Clin Invest, doi: 10.1172/JCI134214 (2020)

    POINT!

    骨壊死や骨折などで骨細胞死の上昇が観察されるが、それらが破骨細胞による骨吸収を活性化するメカニズムは不明であった。本研究で著者らは、破骨細胞がネクローシスした骨細胞に曝露されるとマクロファージ誘導性C型レクチン(Mincle)発現を強力に活性化させ、それによりネクローシスした骨細胞から放出されるダメージ関連分子パターン(DAMP)を感知して破骨細胞分化が誘導され、骨量減少の引き金となることを明らかにした。RNA-seq解析と代謝解析により、Mincle活性化はカルシウムシグナルを介して破骨細胞分化を活性化し、さらに細胞内代謝を酸化的リン酸化へシフトさせていることが明らかにされた。Mincle欠損マウスでは骨細胞死誘導後の破骨細胞活性化や海綿骨量減少が抑制され、骨折修復の改善、血清移入関節炎モデルにおける炎症性骨量減少の抑制が観察された。さらに、ヒト大腿骨頭壊死や顎骨壊死でもMincleが高発現し、破骨細胞活性に関連する遺伝子発現との相関がみられた。以上より、骨細胞死に伴う破骨細胞の活性化にDAMP-Mincleを介したシグナルが関わることが示された。

    SOSTDC1

    SOSTDC1を産生するTFH細胞はTFR細胞分化を促進する

    原題:

    SOSTDC1-producing follicular helper T cells promote regulatory follicular T cell differentiation

    著者:

    Xin Wu, Yun Wang, Rui Huang, Qujing Gai, Haofei Liu, Meimei Shi, Xiang Zhang, Yonglin Zuo, Longjuan Chen, Qiwen Zhao, Yu Shi, Fengchao Wang, Xiaowei Yan, Huiping Lu, Senlin Xu, Xiaohong Yao, Lin Chen, Xia Zhang, Qiang Tian, Ziyan Yang, Bo Zhong, Chen Dong, Yan Wang, Xiu-Wu Bian, Xindong Liu

    雑誌:

    Science, 369, 984–988 (2020)

    POINT!

    胚中心反応は濾胞性制御性T(TFR)細胞の生成を増強する。しかしながら、TFR細胞形成を促進する分子メカニズムは不明であった。本研究で著者らは、濾胞性ヘルパーT(TFH)細胞のサブポピュレーションとT/B細胞境界領域に多く局在する線維芽細胞様細網細胞から分泌されるスクレロスチンドメイン含有タンパク質1(SOSTDC1)が、TFR細胞の発生に必要であることを明らかにした。SOSTDC1はWNT/b-カテニンシグナルを阻害することで、TFR細胞の分化を促進する。レポーターマウスを用いた運命追跡法やトランスクリプトーム解析によって、SOSTDC1を発現するTFH細胞はSOSTDC1陰性TFH細胞の後に発生し、B細胞の抗体産生を刺激する能力を失った別のT細胞集団であることが明らかになった。特筆すべきことに、TFH細胞におけるSOSTDC1の欠失はTFR細胞を著しく減少させ、結果的に胚中心反応を上昇させた。これらの知見は自己免疫疾患に対する治療、ワクチン開発などに重要な影響を持つと考えられる。

    運動器免疫学

    IL-13は持久力トレーニングに必要なエネルギー代謝能を向上させる

    原題:

    Interleukin-13 drives metabolic conditioning of muscle to endurance exercise

    著者:

    Nelson H. Knudsen, Kristopher J. Stanya, Alexander L. Hyde, Mayer M. Chalom, Ryan K. Alexander, Yae-Huei Liou, Kyle A. Starost, Matthew R. Gangl, David Jacobi, Sihao Liu, Danesh H. Sopariwala, Diogo Fonseca-Pereira, Jun Li, Frank B. Hu, Wendy S. Garrett, Vihang A. Narkar, Eric A. Ortlund, Jonathan H. Kim, Chad M. Paton, Jamie A. Cooper, Chih-Hao Lee

    雑誌:

    Science 368(6490):eaat3987. doi: 10.1126/science.aat3987 (2020)

    POINT!

     運動の繰り返しは骨格筋のミトコンドリアによるエネルギー産生を向上させる。著者らは運動に伴い骨格筋でIL-13の発現が上昇することを見出し、この分子の機能を解析した。4週間の持久力トレーニングにより、マウス骨格筋ではILC2とIL-13産生ILC2の割合が増加した。Il13–/–マウスの解析を行ったところ、持久力の低下を認めた。これらのマウスと野生型マウスの腓腹筋の網羅的トランスクリプトーム解析をもとにジーンオントロジー解析を行った。野生型マウスと比較しIl13–/–マウスの筋では、ミトコンドリア機能に関わる遺伝子群の発現が低かった。Il13–/–マウスの酸素取り込みは低下しており、培養筋芽細胞へのrIL-13の添加はミトコンドリアの増加と酸素取り込みの増大を誘導した。一般的に、持久力トレーニングではoxidativeタイプの筋線維が増えglycolyticタイプは減少するが、Il13–/–マウスの筋ではこの変化が見られなかった。ACTA1-Creにより骨格筋特異的にIl13raStat3を欠損させたマウスでも運動機能の低下と脂肪酸酸化の低下が見られた。以上より、持久力トレーニングは骨格筋におけるIL-13発現を誘導し、IL-13はStat3を介して骨格筋細胞の代謝機能を調節し、運動機能を向上させることが示された。

    エクソソーム

    おとりエクソソームは細菌毒素に対する防御作用をもたらす

    原題:

    Decoy exosomes provide protection against bacterial toxins

    著者:

    Matthew D. Keller, Krystal L. Ching, Feng-Xia Liang, Avantika Dhabaria, Kayan Tam, Beatrix M. Ueberheide, Derya Unutmaz, Victor J. Torres, Ken Cadwell

    雑誌:

    Nature 579(7798):260-264 (2020)

    POINT!

    MRSAが産生するα-トキシンなどの毒素は、宿主細胞の細胞膜を穿孔することがよく知られている。しかしながら、そのような毒素に対する宿主の防御機構には不明な点が多く残されている。著者らは過去にオートファジータンパク質のATG16L1の低形成や欠損はα-トキシンに対する感受性が高いことを示した(Cell Host Microbe, 2015)。ATG16L1のノックダウンによってα-トキシン結合タンパク質ADAM10の細胞表面における発現は上昇したが、これはライソゾーム酸性化を介したものではなかった。ATGタンパク質には小胞輸送 (secretory autophagy) 機能があることが報告されている。ATG16L1ノックダウン細胞ではエクソソームが減少し、内包する成熟型ADAM10の減少も認められた。培養細胞にα-トキシンとともにエクソソームを添加したところ細胞死が抑制されたが、ATG16L1ADAM10のノックダウン細胞由来のエクソソームを用いた場合にはその抑制効果が見られなかった。α-トキシンはADMA10発現エクソソームと反応すると、その表面でオリゴマー化することが認められた。エクソソームはα-トキシンだけでなく、ジフテリア毒素に対する防御作用も発揮し、本研究で認められた作用はα-トキシン特異的なものではないことがわかった。以上より、オートファジータンパク質により放出を誘導されたエクソソームは細菌毒素に対するおとり受容体として機能し、感染防御に寄与することが示された。

    3型免疫応答

    TyK2の阻害は3型免疫応答を抑制し脊椎関節炎の進行を抑制する

    原題:

    TYK2 inhibition reduces type 3 immunity and modifies disease progression in murine spondyloarthritis

    著者:

    Eric Gracey, Dominika Hromadová, Melissa Lim, Zoya Qaiyum, Michael Zeng, Yuchen Yao, Archita Srinath, Yuriy Baglaenko, Natalia Yeremenko, William Westlin, Craig Masse, Mathias Müller, Birgit Strobl, Wenyan Miao,  Robert D. Inman

    雑誌:

    J. Clin. Invest., 1;130(4):1863-1878.  doi: 10.1172/JCI126567 (2020)

    POINT!

    近年、脊椎関節炎 (SpA) に対する治療薬の開発が進められているが、関節癒合を十分に防ぐことはできていない。SpA患者のGWAS解析からは、IL23R, IL6R, IL12B, JAK2, TYK2など、3型免疫応答に関わる遺伝子が見出され、治療標的として注目されている。多くの種類の経口JAK阻害剤が開発されたことから、著者らはTYK2阻害剤に着目した。特異性の高いTYK2阻害剤NDI-031407は、IL-1β, IL-6, IL-23で刺激されたCD4+T細胞によるIL-17A産生を濃度依存的に抑制した。このとき、STAT3リン酸化が抑制されていた。そこで、SpAモデルであるSKGマウスにSpA誘導1週間後からNDI-031407を100mg / kg、1日2回経口投与したところ、症状スコアと関節の組織所見が改善した。所属リンパ節中のCD4+T細胞においては、NDI-031407投与によりIL-17A, IL-22産生細胞やRORγt+細胞の割合も低下していた。SpAにおいてはRORγt+ CD4+T細胞の増殖が亢進するが、この化合物によって増殖活性は低下した。活性化マーカーのICOS発現は減少し、PD1の発現は上昇した。SpAの別のモデルであるIL-23 mini circle静脈注射モデルでも同様の治療効果が認められた。IL-23を耳介に局所注射した場合、γδT細胞によるIL-17A産生が増加するが、NDI-031407投与により減少した。また、TYK2の変異マウスにおいてもIL-23誘導性のIL-17A発現は抑制された。TYK2変異により、IL-23によるγδT細胞のSTAT3リン酸化は消失した。以上より、新規化合物NDI-031407はT細胞によるサイトカイン産生の抑制を介したSpA治療薬となることが示唆された。

    IL-33

    IL-33はトリプトファン水酸化酵素を誘導し炎症性ILC2の免疫応答を促進する

    原題:

    Interleukin-33 Induces the Enzyme Tryptophan Hydroxylase 1 to Promote Inflammatory Group 2 Innate Lymphoid Cell-Mediated Immunity

    著者:

    Anne-Laure Flamar, Christoph S N Klose, Jesper B Moeller, Tanel Mahlakõiv, Nicholas J Bessman, Wen Zhang, Saya Moriyama, Vladislava Stokic-Trtica, Lucille C Rankin, Gregory Garbès Putzel, Hans-Reimer Rodewald, Zhengxiang He, Lili Chen, Sergio A Lira, Gerard Karsenty, David Artis

    雑誌:

    Immunity, 52: 606-619.e6 (2020)

    POINT!

    ILC2には定常状態で存在するタイプと寄生虫感染に対する炎症時に機能するタイプの二種類が存在することが知られている。しかし、これら二種類のILC2が誘導され、組織や病態に応じた機能を発揮するメカニズムには不明な点が多い。著者らは2型炎症反応に重要なIL-33シグナルに着目した。定常状態の野生型マウスの腸間膜リンパ節にはLinKLRG1+CD25+ST2+ILC2 (ILC2NAT, ST2: IL-33受容体) が認められ、蠕虫N. brasiliensisを感染させた個体ではこれに加えLinKLRG1+CD25ST2ILC2 (ILC2INFLAM) が認められた。Il33–/–マウスで同様の感染実験を行ったところ、ILC2INFLAMの出現は著しく抑制され、虫体排除も障害された。IL-33をマウスに投与したところ、IL-25に効率は劣るものの、腸間膜リンパ節にILC2INFLAMが誘導された。培養ILC2にIL-33を単独で添加した場合はST2発現の抑制は部分的であったが、IL-25とともに加えた場合はほぼ完全に発現を消失させたことから、ILC2INFLAMの誘導にはこれらのサイトカインの両方が必要であることが示唆された。遺伝子発現解析の結果、N. brasiliensis感染やIL-33刺激によってILC2におけるtryptophan hydroxylase (Tph1) 発現が顕著に上昇することを認めた。Tph1は他の免疫細胞と比較して免疫細胞で高発現していた。そこで、Tph1flox/floxマウスを作出し、Il7rCre/+マウスと交配することによりILC2でTph1を欠損させるシステムを構築した。Il7rCre/+Tph1flox/floxマウスではN. brasiliensis感染に伴うILC2INFLAM誘導と寄生虫排除能の低下を認めた。Tph1Δ/ΔILC2のマーカー発現を解析したところ、ICOSを始めとした活性化マーカーの発現低下を認めた。以上より、IL-33はThp1を介してILC2を活性化し、寄生虫排除に寄与することが示された。

    IL-33

    IL-33は生体内で鉄リサイクルを担うマクロファージの分化を誘導する

    原題:

    Interleukin-33 Signaling Controls the Development of Iron-Recycling Macrophages

    著者:

    Yuning Lu, Gemma Basatemur, Ian C Scott, Davide Chiarugi, Marc Clement, James Harrison, Ravin Jugdaohsingh, Xian Yu, Stephen A Newland, Helen E Jolin, Xuan Li, Xiao Chen, Monika Szymanska, Guttorm Haraldsen, Gaby Palmer, Padraic G Fallon, E Suzanne Cohen, Andrew N J McKenzie, Ziad Mallat

    雑誌:

    Imunity. 52(5):782-793.e5. (2020)

    POINT!

    赤脾髄に存在するマクロファージ (RPM) は赤血球の維持と鉄のリサイクルに重要である。著者らはかつて、ヘムがSPI-C発現を誘導し、鉄リサイクルを行うマクロファージ分化を誘導することを示した(Haldar, Cell, 2014)。今回、IL-33がSpic発現を上昇させることに着目した。IL-33の作用メカニズムを明らかにするために、IL-33受容体IL-1RL1欠損マウスの解析を行った。Il1rl1–/–マウスでは生後6週以降でCD11cloLy6GloNK1.1loSSC-Alo細胞に占めるF4/80loCD11b+RPM前駆細胞の割合には有意な変化を認めなかったものの、F4/80hiCD11blo/–成熟RPMの割合は有意な減少を示した。また、soluble IL-1RL1を投与した場合も同様に成熟RPMの減少を認めた。このことから、IL-33はそのサイトカイン作用によりRPM分化を制御することが示された。これらのマウスでは、生後42週において脾臓の腫大が見られ、肝臓及び脾臓に過剰な鉄の沈着が見出された。IL-33受容体の下流シグナルを解析したところ、野生型RPMにおいてはIL-33刺激でERKのリン酸化が認められたがIl1rl1–/–マウスではこのリン酸化が認められなかった。網羅的遺伝子発現解析の結果、単球からRPM前駆細胞への分化課程にGATA2とETS1が関与することが示唆された。IL-33の産生源の探索により、赤血球中に31 kDaの完全長のIL-33を発見した。Il33–/–マウスに対する野生型赤血球の移入により、RPMの割合は増加した。したがって、赤血球中のIL-33はRPM分化に必要であることが示された。

    疾患バイオマーカー

    筋萎縮性側索硬化症 (ALS) における早期ライフステージにおける金属の異常沈着

    原題:

    Early life metal dysregulation in amyotrophic lateral sclerosis

    著者:

    Claudia Figueroa-Romero, Kristen A. Mikhail, Chris Gennings, Paul Curtin, Ghalib A. Bello, Tatiana M. Botero, Stephen A. Goutman1 Eva L. Feldman, Manish Arora, Christine Austin

    雑誌:

    Ann. Clin. Transl. Neurol., doi: 10.1002/acn3.51006. (2020)

    POINT!

    生体内の微量金属は酵素の活性中心などの重要な役割を有する。しかし、神経細胞への金属の異常な沈着はアルツハイマー病、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症 (ALS) などの発症につながる。こういった疾患の治療や早期診断という観点から、銅や鉄などの微量元素が着目されている。ALSの原因遺伝子として、SOD1, TDP43, FUSなどが明らかにされてきたが、大部分の患者において原因は不明であり、早期診断に有用なバイオマーカーの開発が望まれている。著者らは、ALS患者の遺体の歯および抜去歯(永久歯)に含まれる金属元素の解析をLA–ICP–MSにより行った。その結果、出生から15年以内に金属の異常な取り込みの増加が認められた(クロム: 10~15歳、マンガン: 0-6歳、ニッケル: 6–10歳、スズ: 0–2.5歳、亜鉛: 0–15歳)。ALS発症年齢が50~74歳(本邦)であることを考えると、極めて早期に疾患に繋がりうる異常の検出に成功したといえる。齲蝕や歯周炎により永久歯を抜去する機会は減少しているので、乳歯でも同様に金属の異常沈着を検出することができれば、侵襲の少ない早期診断が可能になると考えられる。

    IL-6

    筋肉由来のIL-6は骨芽細胞でのシグナル伝達により運動能力を上昇させる

    原題:

    Muscle derived interleukin-6 increases exercise capacity by signaling in osteoblasts

    著者:

    Subrata Chowdhury, Logan Schulz, Biagio Palmisano, Parminder Singh, Julian M. Berger, Vijay K. Yadav, Paula Mera, Helga Ellingsgaard, Juan Hidalgo, Jens Brüning, Gerard Karsenty

    雑誌:

    J Clin Invest, doi: 10.1172/JCI133572 (2020)

    POINT!

    血中IL-6レベルは運動中に急上昇しIL-6は運動能力を支持するが、運動中の血中IL-6の由来も、IL-6が運動能力を高めるメカニズムも未だ解明されてはいなかった。本研究で著者らは、運動中の血中IL-6の大部分が筋肉に由来し、IL-6が骨芽細胞を介して破骨細胞分化と血中への活性化型オステオカルシン放出を促進することを示した。さらに、骨芽細胞でIL-6受容体を欠損するマウスが筋肉でIL-6を欠損するマウスと同程度の運動能力の欠陥を示すことや、この欠陥がIL-6ではなく、オステオカルシンによって治療できることも示された。さらに著者らは筋肉由来のIL-6が運動中にオステオカルシン依存的に筋線維への栄養取り込みと異化を促進することを明らかにした。また、オステオカルシンとIL-6の間のクロストークがげっ歯類とヒトの間で保存されていることも示された。以上から本研究は、筋肉-骨-筋肉の内分泌軸が、運動中に筋肉の機能を高めるために必要であることを証明している。

    パネキシン1

    アポトーシス細胞から放出された代謝産物は組織伝達物質として機能する

    原題:

    Metabolites released from apoptotic cells act as tissue messengers

    著者:

    Christopher B. Medina, Parul Mehrotra, Sanja Arandjelovic, Justin S. A. Perry, Yizhan Guo, Sho Morioka, Brady Barron, Scott F. Walk, Bart Ghesquière, Alexander S. Krupnick, Ulrike Lorenz & Kodi S. Ravichandran

    雑誌:

    Nature, 580, 130–135 (2020)

    POINT!

    カスパーゼ依存性アポトーシスは、恒常性維持に関わる細胞ターンオーバーの約90%を占め、炎症、細胞増殖、および組織再生を制御する。アポトーシス細胞がどのようにこれらの多様な影響を及ぼすのかについて、完全には解明されていなかった。本研究で著者らは、アポトーシス細胞代謝産物セクレトームのプロファイリングを行い、アポトーシスを起こしたリンパ球とマクロファージは細胞膜を保持しながら特定の代謝産物を放出することが明らかとなった。これらの代謝産物のサブセット(スペルミジン、AMP、GMP、クレアチン、グリセロール3-リン酸、ATP)は、種々の刺激によって様々な初代細胞や細胞株でアポトーシスを誘導した後に放出される代謝産物と同様であった。さらに、アポトーシス代謝産物セクレトームは、単なる細胞内物質の受動的な排出によるものではなく、カスパーゼを介して細胞膜上でのパネキシン1チャネルが開くことで、代謝産物の選択されたサブセットの放出が促進されることが示された。また、特定の代謝経路(スペルミジン合成に関わる経路)はアポトーシスの間もアクティブで、放出される代謝産物は選択的であった。アポトーシス代謝産物セクレトームは、隣接する健康な細胞において炎症の抑制、細胞増殖、および創傷治癒を含む、特異的な遺伝子プログラムを誘導し、アポトーシス代謝産物のカクテル投与によって、炎症性関節炎や肺移植片拒絶を抑制することが明らかにされた。また、Cd4-creによりパネキシン1を欠損させたマウスではデキサメタゾン投与後の胸腺におけるアポトーシス胸腺細胞から周囲のミエロイド系細胞へのシグナルが著しく低下することも示された。これらの結果から、アポトーシス細胞が除去を待つ不活性な細胞ではなく、代謝物を‘good-bye’シグナルとして放出することで能動的に調節するという概念が示された。

    SOX9

    脂肪利用可能性がSOX9を介して骨格前駆細胞の運命を決定する

    原題:

    Lipid availability determines fate of skeletal progenitor cells via SOX9

    著者:

    Nick van Gastel, Steve Stegen, Guy Eelen, Sandra Schoors, Aurélie Carlier, Veerle W. Daniëls, Ninib Baryawno, Dariusz Przybylski, Maarten Depypere, Pieter-Jan Stiers, Dennis Lambrechts, Riet Van Looveren, Sophie Torrekens, Azeem Sharda Patrizia Agostinis, Diether Lambrechts, Frederik Maes, Johan V. Swinnen, Liesbet Geris, Hans Van Oosterwyck, Bernard Thienpont, Peter Carmeliet, David T. Scadden & Geert Carmeliet

    雑誌:

    Nature, 579, 111–117 (2020)

    POINT!

    軟骨は無血管という特有の性質をもつが、栄養供給欠如が軟骨形成制御に関わるかどうかということや、そのメカニズムは不明であった。本研究で著者らは、骨移植とフィルターによる血管侵入の阻害実験によって骨の治癒過程における血管侵入の阻害が、骨格前駆細胞の軟骨形成性分化を促進することを示した。また、in vitro実験からこの過程は細胞外脂質の低下によって引き起こされることが分かった。脂質が不足すると骨格前駆細胞においてFOXO転写因子が活性化され、それらがSox9プロモーターに結合してその発現を上昇させる。Sox9は軟骨形成の開始に加え、脂肪酸β酸化を抑制することによって細胞代謝の調節因子としても機能し、それにより細胞を無血管状態に適応させる。著者らの結果は、脂質欠乏が軟骨形成コミットメントの重要な決定要因であることや、脂質欠乏状態におけるFOXO転写因子の役割、さらにSox9が非常に重要な代謝メディエーターであることが明らかになった。これらのデータから、骨格系細胞の運命決定には微小環境の栄養状態が重要であることが示唆された。

    窒素含有ビスホスホネート

    ATRAIDは窒素含有ビスホスホネートの骨における作用を制御する

    原題:

    ATRAID regulates the action of nitrogen-containing bisphosphonates on bone

    著者:

    Lauren E. Surface, Damon T. Burrow, Jinmei Li, Jiwoong Park, Sandeep Kumar, Cheng Lyu, Niki Song, Zhou Yu, Abbhirami Rajagopal, Yangjin Bae, Brendan H. Lee, Steven Mumm, Charles C. Gu, Jonathan C. Baker, Mahshid Mohseni, Melissa Sum, Margaret Huskey, Shenghui Duan, Vinieth N. Bijanki, Roberto Civitelli, Michael J. Gardner, Chris M. McAndrew, William M. Ricci, Christina A. Gurnett, Kathryn Diemer, Fei Wan, Christina L. Costantino, Kristen M. Shannon, Noopur Raje, Thomas B. Dodson, Daniel A. Haber, Jan E. Carette, Malini Varadarajan, Thijn R. Brummelkamp, Kivanc Birsoy, David M. Sabatini, Gabe Haller, Timothy R. Peterson

    雑誌:

    Sci Transl Med, 12, eaav9166 (2020)

    POINT!

    窒素含有ビスホスホネート(N-BP)は、骨関連疾患に対して最も広く処方されている薬剤である一方、非定型大腿骨骨折や顎骨壊死などのリスクが問題となっている。N-BPはファルネシル二リン酸合成酵素の活性を阻害し、タンパク質のプレニル化を抑制するが、N-BPの薬理効果発揮のための他の細胞内因子については不明であった。本研究で著者らは、ヒトミエロイド系のハプロイド細胞株KBM7を用い、ジーントラップ法によってアレンドロネートに対する耐性が上昇する変異から、ATRAID遺伝子を同定した。ATRAID遺伝子欠損マウスでは骨量に差はなかったが、骨形成や骨強度の低下を示し、さらに閉経後及び老齢骨粗鬆症モデルの両方でアレンドロネートによる骨量回復効果が減少した。ATRAID欠損破骨細胞は、アレンドロネートによる細胞死とプレニル化阻害に対する耐性を示した。また、N-BPにより顎骨壊死を発症した多発性骨髄腫及び乳がん患者や、非定型大腿骨骨折を発症した骨粗鬆症患者のエクソームシークエンス解析を行ったところ、ATRAIDコード領域にレアな非同義置換が同定された。さらにデータベース解析により、N-BP治療を受けた患者のうち予後不良群ではATRAID発現がコントロール群と比較して50%程度であった。最後に著者らはHEK293T細胞を用いて、同定された非同義置換や50%程度の発現低下がアレンドロネートに対する感受性を上昇させる可能性を示した。以上から、N-BP治療の安全性を確保するためのATRAID遺伝子領域スクリーニングの必要性が示唆された。

    がん転移

    悪性黒色腫の転移能の差は代謝の不均質性によってもたらされる

    原題:

    Metabolic heterogeneity confers differences in melanoma metastatic potential

    著者:

    Alpaslan Tasdogan, Brandon Faubert, Vijayashree Ramesh, Jessalym M. Ubelacker, Bo Shen, Ashley Solmonson, Malea M. Murphy, Zhimin Gu, Wen Gu, Misty Martin, Stacy Y. Kasitinon, Travis Vandergriff, Thomas P. Mathews, Zhiyu Zhao, Dirk Schadendorf, Ralph J. DeBerardinis and Sean J. Morrison

    雑誌:

    Nature, 577: 115-120 (2020)

    POINT!

    がん転移過程において原発巣から播種されたがん細胞は、酸化的ストレスをはじめとした様々なストレスにさらされる。そのため、転移の成立にはがん細胞の代謝状態の変化が必須である。筆者らは、まず悪性黒色腫患者由来がん細胞を血液循環中がん細胞数および遠隔転移の有無により高転移性がん細胞と低転移性がん細胞の2群に分類した。それらを免疫不全マウスの皮下に移植し、[U-13C]glucoseを注入することにより腫瘍内の代謝を追跡したところ、高転移性がん細胞と低転移性がん細胞では取り込む栄養素に差があり、特に高転移性がん細胞では乳酸の取り込みが増加していることがわかった。続いて、高転移性がん細胞ではMCT1(Monocarboxylate Transporter 1)の発現量が高いことから、MCT1阻害剤であるAZD3965を投与したところ、腫瘍内の乳酸取り込み量が減少した。また、MCT1の阻害は原発性皮下腫瘍の増大にはほとんど影響がなかったが、血液循環中のがん細胞数を減少させ、転移巣を縮小させた。加えて、MCT1の阻害は酸化的ペントースリン酸経路を抑制して活性酸素を増加させ、抗酸化剤の併用投与により転移抑制効果は打ち消された。さらに、同じメラノーマ細胞から単離したMCT1high細胞とMCT1low細胞を比較したところ、皮下移植による腫瘍の形成は同程度であったが、静脈内注入によりMCT1high細胞はより多くの転移巣を形成した。以上の結果から、高転移性がん細胞ではMCT1依存性に酸化的ストレスを処理していることが示され、がん細胞間での代謝の差が転移能の差をもたらしていることが示唆された。

    リプログラミング

    大動脈瘤における平滑筋細胞リプログラミング

    原題:

    Smooth Muscle Cell Reprogramming in Aortic Aneurysms

    著者:

    Pei-Yu Chen, Lingfeng Qin, Guangxin Li, Jose Malagon-Lopez, Zheng Wang, Sonia Bergaya, Sharvari Gujja, Alexander W Caulk, Sae-Il Murtada, Xinbo Zhan, Zhen W Zhuang, Deepak A Rao, Guilin Wang, Zuzana Tobiasova, Bo Jiang, Ruth R Montgomery, Lele Sun, Hongye Sun, Edward A Fisher, Jeffrey R Gulcher, Carlos Fernandez-Hernando, Jay D Humphrey, George Tellides, Thomas W Chittenden, Michael Simons

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 26: 542-557 (2020)

    POINT!

    大動脈瘤はアテローム性動脈硬化の患者で見られ、平滑筋細胞(SMC)におけるTGF-bシグナル異常が認められるが、病態との関連は不明だった。筆者らは、大動脈瘤の病態モデルApoe–/–マウスに平滑筋特異的(ミオシン重鎖Cre) TGF-b受容体を欠損させたマウス(TGFβR2iSMC-Apoe)を作製し、SMCにおけるTGF-bシグナルの大動脈瘤への関与を調べた。高コレステロール食を与え続けた場合、TGFβR2iSMC-ApoeマウスはコントロールApoe-/-マウスと比べ、動脈硬化プラーク進行と大動脈瘤形成が増悪した。TGFβR2iSMC-Apoeマウスの動脈平滑筋では、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、マクロファージ様細胞が多く認められた。また、TGFβR2iSMC-Apoeマウスでは間葉系幹細胞マーカーCD44とSca-1陽性細胞が顕著に増加したことから、TGF-b受容体欠損SMCはリプログラミングし、多分化能を獲得しているようであった。つまり、SMCがSMCではない細胞に分化転換してしまうことで大動脈瘤に繋がる可能性がある。TGFβR2iSMC-Apoeマウスにおける分化転換に重要なシグナルを調べるためにscRNA-seq解析を行うと、TGF-bシグナル下流のSMAD2/3に負に制御されるKLF4の発現がTGFβR2iSMC-Apoeマウスで増加したことがわかった。そこでTGFβR2iSMC-ApoeマウスにKLF4を欠損させると表現型がレスキューされた。平滑筋のTGF-bシグナル異常により誘発されたKLF4発現が平滑筋リプログラミングを促進することで動脈硬化が起きていることが示唆された。

    線維化

    非免疫系細胞におけるRbm7の発現制御異常は臓器線維症を引き起こす

    原題:

    Dysregulated Expression of the Nuclear Exosome Targeting Complex Component Rbm7 in Nonhematopoietic Cells Licenses the Development of Fibrosis

    著者:

    Fukushima K, Satoh T, Sugihara F, Sato Y, Okamoto T, Mitsui Y, Yoshio S, Li S, Nojima S, Motooka D, Nakamura S, Kida H, Standley DM, Morii E, Kanto T, Yanagita M, Matsuura Y, Nagasawa T, Kumanogoh A, Akira S.

    雑誌:

    Immunity 52: 542-556 (2020)

    POINT!

    線維症は、原因不明の不治の疾患である。筆者らは以前、Segregated-nucleus-containing atypical monocytes (SatM)が、肺線維症に中心的な役割を果たしていることを明らかにした。本研究において、筆者らは肺線維症の前段階でSatMが病変部位に動員されるメカニズムについて検討した。サイトカイン発現に基づくスクリーニングを実施した結果、SatMは細胞死を起こした非免疫細胞が産生するCxcl12によって病変部位へ動員されることがわかった。さらに、筆者らは肺繊維化に伴い、nuclear exosome targeting complexの構成要素であるRbm7が高発現することを見出した。Rbm7を欠損するマウスでは、ブレオマイシン誘導性の肺繊維化が抑制され、肺へのSatMの集積も認められなかった。より詳細な肺線維症の分子機序を解析した結果、Rbm7は非コードRNAであるNeat1の分解し、BRCA1の核内局在を変化させることで、細胞死を誘導することが明らかになった。以上の成果により、Rbm7は非免疫細胞の細胞死を誘導し、SatM動員することで肺線維症を促進することが示された。

    がん疼痛

    阻害は破骨細胞形成と骨転移に伴うがん疼痛を抑制する

    原題:

    PD-1 blockade inhibits osteoclast formation and murine bone cancer pain

    著者:

    Kaiyuan Wang, Yun Gu, Yihan Liao, Sangsu Bang, Christopher R. Donnelly, Ouyang Chen, Xueshu Tao, Anthony J. Mirando, Matthew J. Hilton, and Ru-Rong Ji

    雑誌:

    J. Clin. Invest., doi: 10.1172/JCI133334. (2020)

    POINT!

    抗PD-1抗体ニボルマブに代表される免疫チェックポイント阻害剤はがん治療を大きく発展させた。一方で末期がん患者は骨転移の結果引き起こされるがん疼痛に悩まされているが、これまでPD-1阻害がどのように疼痛に影響するか分かっていなかった。本研究ではLewis肺がん細胞大腿骨移植モデルにおける骨破壊と疼痛がPD-1欠損マウスでは抑えられることを示されている。またPD-1阻害による骨破壊と疼痛の抑制は野生型マウスへの抗PD-1抗体の投与によっても再現されている。これらのPD-1阻害は破骨細胞分化を抑制するが腫瘍の進展自体には影響していないことは注目すべき点である。骨髄の腫瘍微小環境において、腫瘍細胞はPD-L1を高発現し、さらには可溶型PD-L1分泌することが判明した。可溶型PD-L1は破骨細胞前駆細胞に発現しているPD-1と結合しJNK活性化とCCL2分泌を誘導することが示された。誘導されたCCL2は破骨細胞分化を促進する上に、脊髄後根神経節のCCR2を介してがん疼痛を悪化させるが判明した。これらのことから、抗PD-1治療は破骨細胞分化とCCL-CCR2を介した求心路を阻害することで骨転移に伴う骨破壊と疼痛を予防することができることが示唆された。

    オステオカルシン

    オステオカルシンはアパタイト結晶の配構成に重要だが、糖代謝、テストステロン合成、筋肉量には必要ない

    原題:

    Osteocalcin is necessary for the alignment of apatite crystallites, but not glucose metabolism, testosterone synthesis, or muscle mass

    著者:

    Takeshi Moriishi, Ryosuke Ozasa, Takuya Ishimoto, Takayoshi NakanoID, Tomoka Hasegawa, Toshihiro Miyazaki, Wenguang Liu, Ryo Fukuyama, Yuying Wang, Hisato KomoriID, Xin Qin, Norio Amizuka, Toshihisa Komori.

    雑誌:

    PLoS Genet., 16: e1008586 (2020)

    POINT!

    骨の強度は骨量と骨質に依存している。オステオカルシンは骨中で最も豊富な非コラーゲン性タンパク質で、骨芽細胞から産生されることで知られている。既報では、オステオカルシンは骨形成を阻害し、膵臓でのインスリン分泌や精巣でのテストステロン合成、筋肉量を調節するホルモンとして機能すると主張されていた。筆者たちは、BglapおよびBglap2遺伝子を欠失することにより独自にオステオカルシン欠損(Ocn–/–)マウスを樹立した。このOcn–/–マウスを解析したところ、骨量や糖代謝、テストステロン合成、筋肉量などは野生型と比べても正常であった。c-軸方向におけるコラーゲン細線維の配向度や生体アパタイト(BAp)結晶サイズも正常であった。しかしながら、普通ならコラーゲン細線維に対して平行であるc-軸の配向性が破綻しており、その結果骨強度が減少した。これらの結果は、オステオカルシンがアパタイト結晶c軸のコラーゲン線維に沿った配向性を制御することによって長軸方向の骨強度を維持することが明らかとなった。なお、オステオカルシンノックアウトマウスについては別のチームからも連報で論文が発表された(PLoS Genet., 16: e 1008361 (2020))。この論文でも上述の結果と一致してオステオカルシンがホルモンとして作用しているような所見はほぼ認めないことを報告している。

    骨髄微小環境

    シングルセルトランスクリプトームにより骨髄微小環境を制御するユニークな脂肪系列細胞が同定された

    原題:

    Single cell transcriptomics identifies a unique adipose lineage cell population that regulates bone marrow environment

    著者:

    Leilei Zhong, Lutian Yao, Robert J Tower, Yulong Wei, Zhen Miao, Jihwan Park, Rojesh Shrestha, Luqiang Wang, Wei Yu, Nicholas Holdreith, Xiaobin Huang, Yejia Zhang, Wei Tong, Yanqing Gong, Jaimo Ahn, Katalin Susztak, Nathanial Dyment, Mingyao Li, Fanxin Long, Chider Chen, Patrick Seale, Ling Qin

    雑誌:

    eLife 9:e54695 (2020)

    POINT!

    骨髄間葉系細胞は骨の恒常性や骨疾患に関わる様々な細胞を含む不均一な集団である。この集団は間葉系幹細胞を起源とすると想定されていたが、真の前駆細胞やどのように骨芽細胞や脂肪細胞に分岐しているのかについての詳細は不明であった。彼らはシングルセルトランスクリプトームを行うことでこれらを明らかにしようと試みた。異なる分化ステージでの間葉系前駆細胞を計算的に定義し、それらの二系統への分化経路を若齢、壮齢、老齢で調べた。すると脂肪細胞マーカーを発現するにもかかわらず脂肪滴を含んでいない特徴的な細胞を同定できた。脂肪細胞の非増殖性前駆細胞として、骨髄腔の内部と偏在する3Dネットワークを形成するストローマ細胞やペリサイトとして豊富に存在している。機能的には骨髄の血管を維持したり、骨形成を抑制していることがわかった。シングルセル解析によって、脂肪細胞系列前駆細胞が明らかになった。

    軟骨細胞

    グルタミン代謝は軟骨細胞の性質と機能を調節する

    原題:

    Glutamine Metabolism Controls Chondrocyte Identity and Function

    著者:

    Steve Stegen, Gianmarco Rinaldi, Shauni Loopmans, Ingrid Stockmans, Karen Moermans, Bernard Thienpont, Sarah-Maria Fendt, Peter Carmeliet, and Geert Carmeliet

    雑誌:

    Dev. Cell., 53: 1-15 (2020)

    POINT!

    軟骨細胞の正常な機能は、骨の長軸方向への成長や骨折修復に必須である。軟骨細胞は、無血管環境下で活発に増殖・機能するため、ユニークな代謝要求を有する可能性が示唆されるが、その実態は不明な点が多い。著者らは、軟骨細胞分化のマスター転写因子であるSox9が、軟骨細胞におけるグルタミナーゼ1(GLS1)の発現レベルを上昇させることで、グルタミン代謝を促進することを見出した。Col2-CreによりGLS1を軟骨細胞特異的に欠損したマウスの解析から、グルタミン代謝は、1) アセチルCoA合成を介したヒストンアセチル化による軟骨細胞特異的遺伝子の発現制御、2)アスパラギン酸合成を介した軟骨細胞の増殖とタンパク合成の支持 3)グルタチオン合成を介した活性酸素の除去と軟骨細胞の生存促進、の3つの経路を介して、軟骨細胞の性質と機能を制御することを明らかにした。以上から、グルタミンは軟骨細胞の恒常性を維持する重要な代謝調節因子であることが示された。

    滑膜線維芽細胞

    Notchシグナルは滑膜線維芽細胞の性質を制御し、関節炎病態に寄与する

    原題:

    Notch signaling drives synovial fibroblast identity and arthritis pathology

    著者:

    Kevin Wei, Ilya Korsunsky, Jennifer L. Marshall, Anqi Gao, Gerald F. M. Watts, Triin Major, Adam P. Croft, Jordan Watts, Philip E. Blazar, Jeffrey K. Lange, Thomas S. Thornhill, Andrew Filer, Karim Raza, Laura T. Donlin, Accelerating Medicines Partnership Rheumatoid Arthritis & Systemic Lupus Erythematosus (AMP RA/SLE) Consortium, Christian W. Siebel, Christopher D. Buckley, Soumya Raychaudhuri & Michael B. Brenner

    雑誌:

    Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2222-z. (2020)

    POINT!

    関節リウマチにおいて、滑膜組織は著しい過形成を生じて侵襲的になり、炎症と関節破壊を引き起こす。関節滑膜を構成する滑膜線維芽細胞には、関節腔に近接する「ライニング層」と、血管周囲を取り囲む「サブライニング層」の2つのサブセットが存在することが示唆されている。最近、関節リウマチでは、サブライニング層の滑膜線維芽細胞サブセットが顕著に増殖し、関節炎の病態を増悪する可能性が示された。しかし、サブライニング層の滑膜線維芽細胞が分化・増殖する分子メカニズムは不明であった。著者らは、シングルセルRNAシークエンス解析と滑膜組織オルガノイド技術を用いて、血管内皮細胞から供給されるNotch3シグナルが、サブライニング層線維芽細胞の分化に重要な役割を果たすことを明らかにした。リウマチ滑膜では、Notch3シグナルおよびNotch標的遺伝子がサブライニング層の滑膜線維芽細胞において顕著に上昇していた。Notch3の遺伝子欠損や、抗体によるNotch3シグナル阻害は、関節炎を緩和し、関節破壊を抑制した。以上の結果から、サブライニング層滑膜線維芽細胞は血管内皮由来のNotchシグナルによって制御されており、この間質系細胞のクロストークが、関節炎の病態形成において重要な役割を果たす可能性が示された。

  • DPP4

    ヒト破骨細胞-骨芽細胞カップリング因子の同定により明らかにされた骨とエネルギー代謝の間の関連

    原題:

    Identification of osteoclast-osteoblast coupling factors in humans reveals links between bone and energy metabolism

    著者:

    Megan M. Weivoda, Chee Kian Chew, David G. Monroe, Joshua N. Farr, Elizabeth J. Atkinson, Jennifer R. Geske, Brittany Eckhardt, Brianne Thicke, Ming Ruan, Amanda J. Tweed, Louise K. McCready, Robert A. Rizza, Aleksey Matveyenko, Moustapha Kassem, Thomas Levin Andersen, Adrian Vella, Matthew T. Drake, Bart L. Clarke, Merry Jo Oursler and Sundeep Khosla

    雑誌:

    Nat Commun, 1: 87 (2020)

    POINT!

     骨リモデリングは破骨細胞による吸収とそれに続く骨芽細胞の形成によって行われ、破骨細胞は骨形成刺激因子を産生する。本研究で著者らは、閉経後女性におけるデノスマブ(DMAb)治療群の骨生検RNA-seq解析によって、プラセボ群と比較して破骨細胞遺伝子と骨芽細胞遺伝子の両者の発現低下を確認した。さらに、これらの解析結果とリベラーゼ処理による骨細胞濃縮画分、ALP陽性骨芽細胞濃縮画分および骨髄由来培養破骨細胞での発現との比較から破骨細胞分泌因子を特定し、LIFCREG2CST3CCBE1およびDPP4がヒト破骨細胞由来のカップリング因子である可能性を示した。骨髄血漿におけるDPP4タンパク質発現はプラセボ群と比較してDMAb治療群で低く、破骨細胞および骨芽細胞発現遺伝子セットと正の相関を示した。著者らはさらにDMAb治療群では血中GLP-1も有意に高く、また、DMAb治療を受けた2型糖尿病患者はビスホスホネートまたはカルシウム/ビタミンD治療を受けた患者と比較して、HbA1cの有意な減少を示すことも明らかにされた。以上の結果から、ヒトにおける複数の破骨細胞由来カップリング因子候補が同定され、破骨細胞由来のDPP4が骨リモデリングとエネルギー代謝の相互作用に関わる可能性が示唆された。

    血漿プロテオーム

    生涯にわたるヒト血漿プロテオームプロファイルの波状の変化

    原題:

    Undulating changes in human plasma proteome profiles across the lifespan

    著者:

    Benoit Lehallier, David Gate, Nicholas Schaum, Tibor Nanasi, Song Eun Lee, Hanadie Yousef, Patricia Moran Losada, Daniela Berdnik, Andreas Keller, Joe Verghese, Sanish Sathyan, Claudio Franceschi, Sofiya Milman, Nir Barzilai and Tony Wyss-Coray

    雑誌:

    Nat Med, 25, 1843–1850 (2019)

    POINT!

    老化は健康寿命を制限する慢性疾患の主要な危険因子である。これまで、並体結合実験で若いマウスからの血液は複数の組織に対する若返り効果と疾患治癒効果が示されたことから、血液の加齢関連分子変動が加齢関連疾患への新たな知見を提供できる可能性がある。本研究で著者らはSOMAScanとよばれるアプタマーを用いたタンパク質網羅的解析法を用いることで、4,263人の健常者(18歳から95歳まで)血漿中における2,925種類のタンパク質量を計測し、加齢に伴うヒト血漿プロテオームの顕著な非線形変化を明らかにする新しいバイオインフォマティクス手法を開発して、年齢に伴って発現量が変動する1,379種類のタンパク質を同定した。これらのうち、最も顕著に変化するタンパク質にはスクレロスチン、ARFIP2およびGDF15などが含まれていた。また、1,379種類のタンパク質のうち895種類は性差を示し、男性と女性の老化過程が異なることも示唆された。2,925種類のタンパク質量の変化は8群にクラスタリングされ、さらに年齢に対して非線形に変化するタンパク質を新たに開発した方法で解析すると、34歳、60歳および78歳の3つのピークが明らかにされ、それらの年齢で血漿プロテオームが急激に変動することが示された。これらの変化の波では異なるシグナル伝達経路に関連した変化が起きており、加齢関連疾患と表現型形質のゲノムとプロテオームとの差次的な関連が明らかされた。以上の結果から、加齢関連疾患の潜在的な治療標的となりうる可能性がある予想外の特徴的な遺伝子とシグナル伝達経路が同定された。

    骨髄ニッチ

    自然な状態の造血幹細胞および造血前駆細胞の生体イメージング

    原題:

    Live-animal imaging of native haematopoietic stem and progenitor cells

    著者:

    Constantina Christodoulou, Joel A. Spencer, Shu-Chi A. Yeh, Raphaël Turcotte, Konstantinos D. Kokkaliaris, Riccardo Panero, Azucena Ramos, Guoji Guo, Negar Seyedhassantehrani, Tatiana V. Esipova, Sergei A. Vinogradov, Sarah Rudzinskas, Yi Zhang, Archibald S. Perkins, Stuart H. Orkin, Raffaele A. Calogero, Timm Schroeder, Charles P. Lin and Fernando D. Camargo

    雑誌:

    Nature, 578, 278–283 (2020)

    POINT!

    これまでに、生きた動物の自然な状態のニッチにおける造血幹細胞(HSC)の可視化に関する報告はなく、HSCの動的な挙動の研究は非常に困難であった。本研究で著者らは、LT-HSC、ST-HSCおよび多能性前駆細胞サブセット(これらをまとめてHSPCとする)が標識されるMds1loxP-GFP-loxPマウスを作製し、さらにST-HSCからCreを発現するFlt3Creマウスを用いることでLT-HSCサブセット(MFG-HSC)に限定したラベリングを可能にした。これらのマウスを用い、頭蓋冠骨髄の生体イメージングを行うと、MFG-HSCは類洞血管と骨内膜表面の両方の近傍に存在し、細動脈近傍には存在しないことが明らかとなった。HSPCは骨内膜からの距離にばらつきがあり、類洞血管に加えてtransition zoneの血管に関連している可能性がより高かった。酸素センサーPtG4を用いて頭蓋骨髄内の酸素濃度を計測すると、MFG-HSCは最も低酸素な状態の骨髄ニッチには存在せず、HSPCと同程度の低酸素環境で観察された。また生体内タイムラプスイメージングにより、定常状態のMFG-HSCの運動性はわずかである一方、HSPCは比較的高い運動性を示すことがわかった。さらに、シクロホスファミド(Cy)/G-CSF刺激後のMFG-HSCは不均一な応答を示し、一部の細胞は類洞血管近傍の局在は維持しつつも非常に運動性が高くなったり、空間的に限定された領域内でクローン増殖したりすることが示された。これらの領域を解明するため、カルセインブルーもしくはテトラサイクリンとアリザリンレッドSを用いて二重標識し、骨リモデリング活性を可視化して骨形成性の領域、骨吸収性の領域および混合領域に分類したところ、定常状態では、MFG-HSCはすべてのタイプの領域で観察されたが、HSPCは混合型の領域に多く存在していた。また、Cy/GCSFによる刺激後、増殖したMFG-HSCは混合型領域の一部にほぼ限定して観察された。HSPCも刺激後に混合型領域で増殖するが、この特異性はMFG-HSCほど顕著ではなかった。対照的に、骨形成性の領域では増殖するMFG-HSCやHSPCはあまり観察されなかった。これらの知見は、骨髄微小環境内に、骨代謝回転の段階によって定められるこれまで知られていなかった不均一性があることを示している。著者らのアプローチによって、HSC挙動の直接的な可視化とHSCニッチの不均一性の解明が可能となった。

    JAK阻害剤

    JAK阻害は骨芽細胞の機能を活性化することにより定常状態で骨量を増加させ病的な骨量減少を改善する

    原題:

    JAK inhibition increases bone mass in steady-state conditions and ameliorates pathological bone loss by stimulating osteoblast function

    著者:

    Susanne Adam, Nils Simon, Ulrike Steffen, Fabian T. Andes, Carina Scholtysek, Dorothea I. H. Müller, Daniela Weidner, Darja Andreev, Arnd Kleyer, Stephan Culemann, Madelaine Hahn, Georg Schett, Gerhard Krönke, Silke Frey, Axel J. Hueber

    雑誌:

    Sci Transl Med, 12, eaay4447 (2020)

    POINT!

    JAKを介したサイトカインシグナル伝達は、関節リウマチ(RA)などの炎症性疾患の重要な治療標的として注目されており、JAK阻害剤としてトファシチニブ、バリシチニブおよびペフィシチニブが存在する。しかしながら、JAK阻害(JAKi)による免疫調節の側面は解明されてきたが、JAKiによる骨恒常性に対する影響については十分な解析が行われてこなかった。本研究で著者らは、トファシチニブとバリシチニブが定常状態や卵巣摘出、関節炎マウスの骨表現型に及ぼす影響を調べた。3つの全てのモデルにおいて、JAKiは骨量を増加させ血清中のRANKL/OPG比を減少させた。また、in vitroにおいてJAKiは骨芽細胞による骨形成を有意に上昇させたが、破骨細胞への直接的な影響は観察されなかった。JAKiによる骨芽細胞への影響をRNA-seqやIPAにより解析したところ、JAKiの骨同化作用はWntリガンド発現上昇及びb-カテニンの安定化によっていることが示された。さらに、2例のRA患者の結果から、JAKiは骨びらんを修復し骨同化作用を有する可能性が示唆された。以上から、JAKiが骨芽細胞機能と骨形成を上昇させる強力な治療法であることが支持された。

    骨髄間質細胞

    Wnt誘導性の骨髄間質細胞の形質転換は骨再生を制御する

    原題:

    A Wnt-mediated transformation of the bone marrow stromal cell identity orchestrates skeletal regeneration

    著者:

    Matsushita Y, Nagata M, Kozloff KM, Welch JD, Mizuhashi K, Tokavanich N, Hallett SA, Link DC, Nagasawa T, Ono W, Ono N.

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-019-14029-w. (2020)

    POINT!

    最近10~20年の間の一連の研究により、骨髄間質細胞(BMSC)は様々な性質の亜集団から成立すること、それらの一部が幹細胞能や造血幹細胞の支持能を有することが明らかになった。しかし、定常状態と骨再生時のBMSCの性質の違いには不明な点が多い。著者らはCxcl12GFP/+Cxcl12-creER R26RtdTomatoマウスを用いて骨再生におけるBMSCの解析を行った。タモキシフェン処理によってtdTomatoを発現した細胞はin vitroで増殖活性が低く、継代可能世代数が多く、多分化能を示した。このマウスに対して、タモキシフェン処理後に皮質骨損傷モデルを施したところ、tdTomato+細胞は増殖能を獲得し、再生部で骨芽細胞・骨細胞に分化した。同様に、骨髄損傷モデルを施した場合も、tdTomato+細胞は増殖能を獲得し骨芽細胞に分化した。Cxcl12-creER Rosa26lsl-tdTomato/iDTAマウスをタモキシフェン処理し、tdTomato+細胞を除去したところ骨再生が遅延したため、これらの細胞の骨再生への寄与が示された。骨髄損傷部の遺伝子発現のgene ontology解析の結果、Wntシグナルの関与が示唆され、タモキシフェン処理したCxcl12-creER Ctnnbfl/flR26RtdTomatoマウスでは骨再生が遅延したため、CXCL12+細胞におけるWntシグナルの骨再生への寄与が示された。以上より、CXCL12+骨髄間質細胞は、骨損傷に伴い活性化され、Wntシグナル依存的に骨再生を誘導することが明らかになった。

    OPG

    OPG依存的なM細胞の自己制御は腸管の感染と免疫を調節する

    原題:

    Osteoprotegerin-dependent M cell self-regulation balances gut infection and immunity

    著者:

    Kimura S, Nakamura Y, Kobayashi N, Shiroguchi K, Kawakami E, Mutoh M, Takahashi-Iwanaga H, Yamada T, Hisamoto M, Nakamura M, Udagawa N, Sato S, Kaisho T, Iwanaga T, Hase K

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-019-13883-y.

    POINT!

    M細胞は腸管管腔中の抗原を樹状細胞に受け渡す、腸管免疫に重要な細胞である。粘膜上皮細胞のM細胞分化にはRANKLが必須であるが、RANKLに暴露される全ての上皮細胞がM細胞に分化することはないため、何らかの調節機構の存在が示唆されていた。著者らは、デジタルRNA-Seq法により得られたM細胞の遺伝子発現データをKEGG pathwayを用いて解析し、"サイトカイン–サイトカイン受容体相互作用"と"破骨細胞分化"の2つのパスウェイの活性化を見出した。qRT-PCR法および免疫組織染色法により、濾胞上皮細胞層(FAE)やM細胞においてOPG(Tnfrsf11b)が遺伝子およびタンパク質レベルで高発現することが示された。OPG発現はM細胞の初期分化マーカーSpiBの発現と一致していた。GST-RANKLをマウスに投与するとM細胞が増加することが知られているが、このときTnfsfr11b発現も上昇していた。Tnfsfr11b–/–マウスではM細胞の増加を認めた。特に、cecal patchでは成熟M細胞が増加、抗原取り込み能も亢進し、その結果B細胞とIgAも増加を示した。このマウスはDSS腸炎には抵抗性を示したものの、M細胞に感染するS. Typhimurium aroA欠損株を多く取り込み野生型マウスよりも生存率が低下した。以上より、M細胞への分化を開始した細胞は、OPGによって他の上皮細胞がM細胞へ分化することを阻害し、M細胞が過剰になることを防ぎ、特定の病原体に対する感受性を低減していると考えられる。

    AHR

    細菌叢による神経のプログラミングは腸管運動を制御する

    原題:

    Neuronal programming by microbiota regulates intestinal physiology

    著者:

    Obata Y, Castaño Á, Boeing S, Bon-Frauches AC, Fung C, Fallesen T, de Agüero MG, Yilmaz B, Lopes R, Huseynova A, Horswell S, Maradana MR, Boesmans W, Vanden Berghe P, Murray AJ, Stockinger B, Macpherson AJ, Pachnis V

    雑誌:

    Nature 578(7794): 284-289 (2020)

    POINT!

    腸内細菌は免疫系の制御に関わるだけでなく、運動を含む腸管機能に影響を及ぼすことが知られている。しかし、細菌叢が神経機能を制御するメカニズムには不明な点が多い。著者らは、腸内細菌が蠕動運動を制御するメカニズムの解明に取り組んだ。まず、Camk2aプロモーター下にeGFP–KASHコンストラクトを発現するアデノ随伴ウイルス(AAV)をマウスに感染させ、腸管の筋層間神経叢よりeGFP+の神経細胞を分取する方法を確立した。無菌マウスとSPFマウスから得られたeGFP+細胞の遺伝子発現を網羅的に解析・比較したところ、発現が異なる複数の遺伝子を認めた。その中に、多くの細菌や食餌により活性が制御される転写因子Ahrが見出された。In situ hybridization法にてAhrの発現を評価したところ、網羅解析と同様、無菌マウスよりもSPFマウスの腸管神経細胞で高いシグナルが認められた。さらに、抗菌薬の投与でこの細胞におけるAhr発現は低下し、無菌マウスのコンベンショナル化によって上昇した。Ahrf/fマウスにCamk2a–Creを発現するAAVを投与することで神経特異的Ahrノックアウト(AhrEN–KO)マウスを作出した。このマウスの腸管の形態や神経の生存に明らかな異常は認められなかったが、カーミンレッド色素の大腸通過時間が延長しており、腸管の蠕動運動の障害が示唆され、ライブイメージングによって実際に蠕動運動の障害が認められた。Rosa26LSL-Cyp1a1マウスにCre発現AAVを投与することによりCyp1a1を過剰発現させ、それによりAHRリガンドの除去を促進したところ、大腸通過時間は延長した。以上より、腸内細菌叢由来の何らかのリガンドが腸管神経細胞のAHRを介して腸管の蠕動運動を促進することが明らかになった。

    胎児卵黄嚢マクロファージ由来破骨細胞

    胎児卵黄嚢マクロファージに由来する破骨細胞は骨折治癒に寄与する

    原題:

    Erythromyeloid progenitors give rise to a population of osteoclasts that contribute to bone homeostasis and repair.

    著者:

    Yasuhito Yahara, Tomasa Barrientos, Yuning J. Tang, Vijitha Puviindran, Puviindran Nadesan, Hongyuan Zhang, Jason R. Gibson, Simon G. Gregory, Yarui Diao, Yu Xiang, Yawar J. Qadri, Tomokazu Souma, Mari L. Shinohara & Benjamin A. Alman

    雑誌:

    Nature Cell Biology, 22: 49-59 (2020)

    POINT!

    近年、成体における破骨細胞は骨髄造血幹細胞由来の前駆細胞から供給される一方で、胎仔〜若齢期にかけては胎生期の卵黄嚢マクロファージから供給されることが示唆されている(Jacome-Galarza et al., Nature 2019)。しかしながら、生後の骨折治癒における卵黄嚢由来破骨細胞の寄与や、卵黄嚢マクロファージの局在などに関しては不明であった。本研究において著者らは、細胞系譜解析、パラビオーシス、脾臓摘出実験を組み合わせることで、卵黄嚢マクロファージが生後長期に渡って脾臓に存在すること、骨に損傷が起こると血流を介して損傷部位に遊走し破骨細胞へと分化することを見出した。以上から、生後の骨折修復における破骨細胞の一部は、脾臓にプールされている卵黄嚢マクロファージに由来することが明らかとなった。

    侵害受容器ニューロン

    腸管に分布する侵害受容器ニューロンはM細胞とSegmentous filamentous bacteriaの分布を制御しサルモネラ菌に対する宿主の防御を形成する

    原題:

    Gut-innervating nociceptor neurons regulate Peyer's patch microfold cells and SFB levels to mediate salmonella host defense

    著者:

    Nicole Y. Lai, Melissa A. Musser, Felipe A. Pinho-Ribeiro, Pankaj Baral, Amanda Jacobson, Pingchuan Ma, David E. Potts, Zuojia Chen, Donggi Paik, Salima Soualhi, Yiqing Yan, Aditya Misra, Kaitlin Goldstein, Valentina N. Lagomarsino, Anja Nordstrom, Kisha N. Sivanathan, Antonia Wallrapp, Vijay K. Kuchroo, Roni Nowarski, Michael N. Starnbach, Hailian Shi, Neeraj K. Surana, Dingding An, Chuan Wu, Jun R. Huh, Meenakshi Rao, and Isaac M. Chiu

    雑誌:

    Cell, 180: 33-49(2020)

    POINT!

    腸管に分布する侵害受容器ニューロンは有害な刺激に反応し疼痛や炎症と含む防御反応を誘導する。これまで侵害受容器ニューロンの腸管感染に関する役割は分かっていなかった。まず筆者らは既報の神経細胞シングルセル解析を再解析し、イオンチャネルであるNav1.8とTRPV1が後根神経節ニューロンに高発現していることを見出した。次にNav1.8やTRPV1を欠如させたマウスにサルモネラ菌を投与したところ、対照群よりも重症化することを示した。これらのマウスでは腸管細菌叢におけるSegmentous filamentous bacteria(SFB)の割合が顕著に減少しており、SFBの経口投与で重症化が軽減することを示した。またNav1.8やTRPV1を欠如させたマウスではパイエル板のM細胞が増加しており、サルモネラ菌の侵入門戸としてM細胞が標的となることを示した。さらにサルモネラ菌感染時に侵害受容器から放出されるCalcitonin gene-related peptideがM細胞数の抑制とSFB分布の維持を行うことで感染制御を行うことを示した。以上より、筆者らは後根神経節から腸管に分布する侵害受容器ニューロンがサルモネラ菌に対する感染防御において重要な役割を果たしていることを示した。

    破骨前駆細胞

    恒常状態において破骨細胞はCX3CR1+骨髄常在前駆細胞に由来する一方、骨折修復時においてはCX3CR1+循環骨髄系前駆細胞に由来する

    原題:

    Osteoclasts Derive Predominantly from Bone Marrow-Resident CX3CR1+ Precursor Cells in Homeostasis, whereas Circulating CX3CR1+ Cells Contribute to Osteoclast Development during Fracture Repair.

    著者:

    Sanja Novak, Emilie Roeder, Judith Kalinowski, Sandra Jastrzebski, Hector L. Aguila, Sun-Kyeong Lee, Ivo Kalajzic and Joseph A. Lorenzo

    雑誌:

    J Immunol, 204: 868-878 (2020)

    POINT!

    生後の破骨細胞はCX3CR1+骨髄常在前駆細胞とCX3CR1+循環骨髄系前駆細胞のいずれかに由来すると考えられるが、恒常的条件下と炎症条件下における破骨細胞の由来に関しては不明な点が多い。今回、筆者らはTRAP-tdTomatoマウス(CD45.2)と野生型マウス(CD45.1)をパラバイオーシスし、恒常状態及び炎症状態における破骨細胞の由来を検討した。その結果、CD45.2マウスの大腿骨には多数のtdTomato+細胞が見られた一方、野生型マウスの大腿骨にはtdTomato+細胞がほとんど見られなかった。また、CX3CR1+循環骨髄系前駆細胞をCX3CR1-EGFP/TRAP-tdTomatoマウスの血液より回収し、野生型マウスに移植した結果、恒常的条件下では大腿骨にEGFP+細胞とtdTomato+細胞が見られなかったのに対し、骨折修復時においてはEGFP+細胞およびtdTomato+細胞が認められた。以上から、恒常状態において破骨細胞は主にCX3CR1+骨髄常在前駆細胞に由来する一方で、骨折修復時の破骨細胞の一部はCX3CR1+循環骨髄系前駆細胞に由来することが示唆された。

    血清アミロイドアA, Th17細胞、炎症性疾患

    血清アミロイドAタンパク質は病原性Th17細胞を誘導し、炎症性疾患を促進する

    原題:

    Serum Amyloid A Proteins Induce Pathogenic Th17 Cells and Promote Inflammatory Disease

    著者:

    June-Yong Lee, Jason A. Hall, Lina Kroehling, Lin Wu,1Tariq Najar, Henry H. Nguyen, Woan-Yu Lin, Stephen T. Yeung, Hernandez Moura Silva, Dayi Li, Ashley Hine, P'ng Loke, David Hudesman, Jerome C. Martin, Ephraim Kenigsberg, Miriam Merad, Kamal M. Khanna, and Dan R. Littman

    雑誌:

    Cell, 180: 79–91 (2020)

    POINT!

    炎症性サイトカインであるIL-17を産生するリンパ球は細菌から粘膜組織の保護に重要であると同時に、炎症性疾患や自己免疫疾患の原因となる。Th17細胞は、腸管にて細菌との相互作用によってナイーブCD4T細胞から分化する。筆者らは以前、腸内細菌が腸管上皮細胞に作用して、血清アミロイドタンパク質(SAA)の産生を促すこと、また、それらはTh17細胞の機能を強化することを報告している。血清中のSAA濃度は炎症性疾患罹患者において上昇していることが知られており、長らくバイオマーカーとして利用されている。しかし、SAAが直接疾患に寄与しているかは不明である。本論文で筆者らはSSAがSTAT3活性化を誘導するサイトカインと協調的に働くことで、病原性Th17細胞の分化誘導プログラムを促進することを報告している。機能欠失および機能獲得マウスモデルを用いて、SSA1、SSA2およびSSA3は局所的なTh17細胞誘導性の炎症反応に必要性が異なっていることを示している。本研究はSAA制御下にあるT細胞シグナル経路が炎症性疾患の治療に役立つことを示唆している。

    骨髄腫

    骨髄腫bone-liningニッチのトランスクリプトーム解析から骨疾患を改善するためのBMPシグナル伝達阻害が見出された

    原題:

    Transcriptomic profiling of the myeloma bone-lining niche reveals BMP signalling inhibition to improve bone disease

    著者:

    Sarah Gooding, Sam W. Z. Olechnowicz, Emma V. Morris, Andrew E. Armitage, Joao Arezes, Joe Frost, Emmanouela Repapi, James R. Edwards, Neil Ashley, Craig Waugh, Nicola Gray, Erik Martinez-Hackert, Pei Jin Lim, Sant-Rayn Pasricha, Helen Knowles, Adam J. Mead, Karthik Ramasamy, Hal Drakesmith and Claire M. Edwards

    雑誌:

    Nat. Commun. 10: 4533 (2019)

    POINT!

     多発性骨髄腫では骨髄中にがん化したプラズマ細胞が観察され、骨格への障害や痛みを伴う。近年治療法が進歩しているものの完治が難しいがんの1つであり、骨髄腫により誘導される骨破壊にはまだ不明な点が多い。成人の骨内膜には休止しているbone-lining細胞と呼ばれる扁平な細胞が並んでいるが、多発性骨髄腫におけるこれらの細胞の関与は不明である。筆者らは、骨髄腫のマウスモデルを用いてbone-lining細胞のサブセットと骨髄細胞をソーティングし、トランスクリプトーム解析を行い比較した。発現変動解析とエンリッチメント解析を統合し、BMP経路に着目し解析を進めた。in vitroでBMPを阻害すると破骨細胞分化、骨芽細胞分化ともに減弱した。また、骨芽細胞株UMR-106.01を用いてBMPシグナルを阻害すると、DKK1とスクレロスチン発現が減少した。一方、in vivoにおいてBMPを阻害するとbone-lining細胞層が肥厚した。骨髄腫マウスモデルにおいてBMPシグナルをin vivoで阻害すると、骨髄腫が増加することなく骨髄腫によって誘導された骨量低下を阻止することができ、骨髄中のスクレロスチンレベルを抑えることができた。この報告は骨髄腫が誘導する骨疾患におけるBMP経路の新規の関与を提示したばかりか、新たな治療戦略を示すものである。

    制御性T細胞

    CDK8/19阻害による抗原特異的エフェクター/メモリーT細胞からFoxp3陽性制御性T細胞への分化転換

    原題:

    Conversion of antigen-specific effector/memory T cells into Foxp3-expressing Treg cells by inhibition of CDK8/19

    著者:

    Masahiko Akamatsu, Norihisa Mikami, Naganari Ohkura, Ryoji Kawakami, Yohko Kitagawa, Atsushi Sugimoto, Keiji Hirota, Naoto Nakamura, Satoru Ujihara, Toshio Kurosaki, Hisao Hamaguchi, Hironori Harada, Guliang Xia, Yoshiaki Morita, Ichiro Aramori, Shuh Narumiya and Shimon Sakaguchi

    雑誌:

    Science Immunology 4: eaaw2707 (2019)

    POINT!

    自己免疫疾患やアレルギーにおける理想的な治療戦略は、免疫応答を引きおこす抗原特異的なエフェクター/メモリーT細胞を制御性T(Treg)細胞に分化転換することである。著者らはサイクリン依存性キナーゼ8(CDK8)およびCDK19の阻害剤の使用、およびCDK8/19遺伝子のノックダウン/ノックアウトにより、抗原刺激をうけたエフェクター/メモリーT細胞、ナイーブCD4+およびCD8+T細胞のいずれにおいても、Treg細胞機能を制御する重要な転写因子であるFoxp3を誘導できることを示した。Foxp3の発現誘導は、STAT5の活性化と関連しており、TGF-b非依存性かつ炎症性サイトカインの影響を受けなかった。さらに、接触性過敏症と自己免疫疾患のマウスモデルにおいて、新しく開発されたCDK8 / 19阻害剤の投与と抗原免疫により、機能的に安定な抗原特異的Foxp3+Treg細胞の生成を介して疾患を効果的に抑制することに成功した。本研究成果はさまざまな疾患の治療法の開発に貢献するものと期待される。

    MAIT細胞

    細菌由来代謝産物が粘膜関連インバリアントT細胞(MAIT細胞)の発生を制御する

    原題:

    Microbial metabolites control the thymic development of mucosal-associated invariant T cells.

    著者:

    François Legoux, Déborah Bellet, Celine Daviaud, Yara El Morr, Aurelie Darbois, Kristina Niort, Emanuele Procopio, Marion Salou, Jules Gilet, Bernhard Ryffel, Aurélie Balvay, Anne Foussier, Manal Sarkis, Ahmed El Marjou, Frederic Schmidt, Sylvie Rabot and Olivier Lantz

    雑誌:

    Science 366: 494-499. (2019)

    POINT!

    粘膜関連インバリアントT細胞(MAIT細胞)は自然免疫型T細胞の一種であり、MHC-related 1(MR1)によって提示されるビタミンB2合成中間産物(5-OP-RU)を認識するTCRを発現している。無菌マウスではMAIT細胞の数が著しく減少することから、共生細菌がその発生に関与していると考えられてきたが、胸腺内で発生するMAIT細胞に共生細菌がどう作用しているのか、そのメカニズムは分かっていなかった。本論文にて筆者らは、共生細菌の産生する5-OP-RUが胸腺に輸送され、MR1を発現する抗原提示細胞を介してMAIT細胞の発生を制御していることを明らかにした。5-OP-RUを経口・経皮投与した5-OP-RU:MR1 TCR Tgマウスの胸腺おいて、約1時間後にT細胞活性化が見られたことから、5-OP-RUが体外から胸腺に輸送され、抗原提示細胞によって提示されていることを明らかにした。胸腺内の細胞の中でもとりわけダブルポジティブ胸腺細胞は5-OP-RU依存的にMAIT細胞を活性化できることもin vitroの実験で示している。また、5-OP-RU産生能のない大腸菌(ΔRibD)と産生できる大腸菌(ΔRibE)を無菌マウスに移植すると、ΔRibEでのみMAIT細胞の数が回復したことから、5-OP-RUがMAIT細胞の発生に関与していることが示された。しかし5-OP-RUのみを投与した際にはMAIT細胞の減少が見られたことから、MAIT細胞発生を促進するためには細菌の産生する他の因子も必要であると考えられる。この因子の同定には至っていない。

    腫瘍微小環境

    腫瘍微小環境の違いはヘルパーT細胞系列の極性化と免疫チェックポイント療法への反応に影響する

    原題:

    Differences in Tumor Microenvironment Dictate T Helper Lineage Polarization and Response to Immune Checkpoint Therapy

    著者:

    Shiping Jiao, Sumit K. Subudhi,Ana Aparicio, Zhongqi Ge,Baoxiang Guan, Yuji Miura,Padmanee Sharma

    雑誌:

    Cell 179: 1177–1190 (2019)

    POINT!

    免疫チェックポイント阻害剤による治療(immune checkpoint therapy: ICT)は転移性去勢抵抗性前立腺がん(metastatic castration-resistant prostate cancer: mCRPC)の治療に有効であるとされるが、骨転移群には十分な効果がない。筆者らはICT後の前立腺がん組織内のヘルパーT細胞に関する遺伝子発現プロファイルを調べたところ、既報通りTh1関連遺伝子発現が増加していた。一方、骨転移を認めるmCRPC患者の骨髄を調べると、ICT後にTh1細胞ではなくTh17細胞が増加していることがわかった。また動物実験でICTの効果を検証したところ、CRPC皮下移植モデルではTh1細胞が増加し生存率が上昇したが、CRPC骨内移植ではTh17細胞が増加し、抗腫瘍効果を示さないことが分かった。骨髄内では破骨細胞の骨吸収時に放出される TGF-β が Th 1細胞分化を抑制していると判明した。さらに筆者らはICTとTGF-β阻害を併用するとTh1サブセットを増加させ、さらにはCD8T細胞のクローン増殖を促進し、骨でのCRPCの退縮と生存率の向上を可能にすることを示した。

    骨膜幹細胞

    機能的に特徴的なMx1+aSMA+骨膜骨格幹細胞の同定

    原題:

    Identification of Functionally Distinct Mx1+αSMA+Periosteal Skeletal Stem Cells.

    著者:

    Laura Ortinau, Hamilton Wang, Kevin Lei, Lorenzo Deveza, Youngjae Jeong, Yannis Hara, Ingo Grafe, Scott B. Rosenfeld, Dongjun Lee, Brendan Lee, David T. Scadden, Dongsu Park

    雑誌:

    Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1601-9 (2019)

    POINT!

    骨膜には骨格系幹細胞が存在し、皮質骨代謝や骨折治癒において重要な役割を果たすと考えられているが、その特性に関しては未だ不明な点が多い。著者らは、骨膜に存在する Mx1陽性aSMA陽性の細胞集団(以下 Mx1+aSMA+細胞)が、骨格系幹細胞としての性質を有することを明らかにした。細胞系譜解析により、 Mx1+aSMA+細胞は生理的条件下において、骨外膜の骨芽細胞や皮質骨の骨細胞へと分化することが明らかとなった。骨折に伴い Mx1+aSMA+細胞は増殖し、骨折治癒部位における骨芽細胞の主要な供給源となることが示された。 Mx1+aSMA+細胞はケモカイン受容体である CCR5を高発現しており、骨髄中の免疫細胞由来の CCL5に引き寄せられ、骨折部位へ遊走する可能性が示され、実際に CCL5や CCR5を欠損したマウスでは骨折治癒が遅延することが明らかとなった。以上より、 Mx1+aSMA+細胞は骨折治癒において重要な役割を果たす、ユニークな骨膜幹細胞サブセットであることが示唆された。

    MAIT細胞

    MAIT細胞は発達早期に微生物叢によって刷り込みを受け、創傷治癒を促進する

    原題:

    MAIT cells are imprinted by the microbiota in early life and promote tissue repair

    著者:

    Michael G. Constantinides, Verena M. Link, Samira Tamoutounour, Andrea C. Wong, P. Juliana Perez-Chaparro, Seong-Ji Han, Y. Erin Chen, Kelin Li, Sepideh Farhat, Antonin Weckel, Siddharth R. Krishnamurthy, Ivan Vujkovic-Cvijin, Jonathan L. Linehan, Nicolas Bouladoux, E. Dean Merrill, Sobhan Roy, Daniel J. Cua, Erin J. Adams, Avinash Bhandoola, Tiffany C. Scharschmidt, Jeffrey Aubé, Michael A. Fischbach and Yasmine Belkaid

    雑誌:

    Science 366, 445 (2019) DOI: 10.1126/science.aax6624

    POINT!

    微生物叢と宿主の免疫機構は互いに影響しあっており、とくに発達早期における微生物との接触は正常な免疫機構の発達に非常に重要であり、その後の宿主の健康をも左右すると考えられているが、その詳細は明らかになっていない。近年、粘膜組織に遺伝子再構成されたTCRα/β鎖を発現しながらもNK細胞のマーカーも発現するMAIT (Mucosal-associated invariant T)細胞が多く存在していることが明らかとなっており、細菌感染などの生体防御に関与することが示されている。今回筆者らは、マウスの皮膚のMAIT細胞の発達には若齢期の特定の時期にリボフラビン合成能をもつ細菌と接触する必要があり、この影響は成熟後にも残るということを示した。また成熟後皮膚のMAIT細胞は皮膚の常在菌が産生するリボフラビン合成中間体を抗原としてMHC class I様分子MR1を介して応答し、増殖やIL-17A産生が活性化されることも示した。また皮膚のMAIT cellは他の組織のMAIT細胞とは異なる遺伝子発現パターンを有しており、創傷治癒を促進することも示した。

    FoxM1

    FoxM1によって制御される関節炎に関連した新規破骨前駆マクロファージの同定

    原題:

    Identification of a novel arthritis-associated osteoclast precursor macrophage regulated by FoxM1

    著者:

    Tetsuo Hasegawa, Junichi Kikuta, Takao Sudo, Yoshinobu Matsuura, Takahiro Matsui,Szandor Simmons, Kosuke Ebina, Makoto Hirao, Daisuke Okuzaki, Yuichi Yoshida, Atsushi Hirao, Vladimir V. Kalinichenko, Kunihiro Yamaoka, Tsutomu Takeuchi and Masaru Ishii

    雑誌:

    Nat Immunol, 20, 1631–1643 (2019)

    POINT!

    破骨細胞は定常状態の骨リモデリングおよび関節炎の骨破壊において重要な役割を果たしている。これらの異なる状態における破骨細胞が同じ単球系の前駆細胞から生じるかどうかは不明であった。本研究で著者らは、パンヌスにおける破骨細胞は局所的に常在するマクロファージからではなく、もっぱら循環する骨髄由来細胞から発生することを明らかにした。さらに、マウスの炎症性滑膜における破骨前駆細胞を含む集団としてCX3CR1hiLy6CintF4/80+I-A+/I-E+マクロファージ(著者らは関節炎関連破骨細胞形成性マクロファージ(AtoMs)と名付けた)を特定した。これらの細胞は生理的な骨リモデリングにおける従来の破骨前駆細胞とは異なるサブセットを含み、RNA-seq解析によってAtoMsの破骨細胞分化能を制御する転写因子としてFoxM1が同定された。実際に、Foxm1を欠損させるとin vitroおよびin vivoにおけるAtoMsの破骨細胞分化能が抑制され、Foxm1欠損細胞は関節炎に伴う骨破壊能が低下していた。さらに、関節リウマチ患者の滑膜にはマウスAtoMsに相当するCX3CR1+HLA-DRhiCD11c+CD80CD86+細胞が含まれ、FoxM1阻害剤であるチオストレプトンによってこれら細胞のin vitroでの破骨細胞分化が阻害されたことから、AtoMsやFoxM1が関節リウマチの新たな治療標的となりうることが示された。

    腱幹細胞

    Tppp3+Pdgfra+腱幹細胞ポピュレーションは再生に寄与し、再生と線維化におけるPDGFシグナルの役割を明らかにする

    原題:

    ATppp3+Pdgfra+ tendon stem cell population contributes to regeneration and reveals a shared role for PDGF signalling in regeneration and fibrosis

    著者:

    Tyler Harvey, Sara Flamenco and Chen-Ming Fan

    雑誌:

    Nat Cell Biol, 21, 1490–1503 (2019)

    POINT!

    これまでの腱再生メカニズムの理解は不十分であり、腱の損傷は長期にわたる障害を引き起こす。本研究で著者らは成獣マウス膝蓋腱細胞のscRNA-seqを行い、tubulin polymerization-promoting protein family member 3(Tppp3)を発現する細胞集団が腱幹細胞としての能力を有することを同定した。細胞系譜追跡法によってこれらの細胞が損傷時に新しい腱細胞に分化し、自己再生できることが証明された。Tppp3+細胞の一部はPdfgraを発現しており、異所性にPDGF-AAで刺激すると新しい腱細胞の産生が誘導される一方で、Tppp3+細胞特異的にPdgfraを欠損させると腱再生が著しく抑制されたことから、Tppp3+Pdgfra+細胞に腱幹細胞が含まれる可能性が示された。また、Tppp3Pdgfra+のFAP(Fibro-adipogenic progenitor)が腱幹細胞ニッチに共存し、これらの細胞は線維化細胞を生じて腱治癒における線維性瘢痕形成前駆細胞となることも示唆された。これらの結果から、線維形成が負傷した腱で発生するメカニズムが明らかになり、PDGF-AAの臨床応用によって線維性瘢痕形成を防ぎ、腱再生を促進する可能性が示された。

    レプチン

    運動は造血系前駆細胞の調節を介して炎症性細胞産生や心血管系の炎症を低減する

    原題:

    Exercise reduces inflammatory cell production and cardiovascular inflammation via instruction of hematopoietic progenitor cells

    著者:

    Vanessa Frodermann, David Rohde, Gabriel Courties, Nicolas Severe, Maximilian J. Schloss, Hajera Amatullah, Cameron S. McAlpine, Sebastian Cremer, Friedrich F. Hoyer1, Fei Ji, Ian D. van Koeverden, Fanny Herisson, Lisa Honold, Gustavo Santos Masson, Shuang Zhang, Jana Grune, Yoshiko Iwamoto, Stephen P. Schmidt, Gregory R. Wojtkiewicz, I-Hsiu Lee, Karin Gustafsson, Gerard Pasterkamp, Saskia C. A. de Jager, Ruslan I. Sadreyev, Jean MacFadyen, Peter Libby, Paul Ridker, David T. Scadden, Kamila Naxerova, Kate L. Jeffrey, Filip K. Swirski and Matthias Nahrendorf

    雑誌:

    Nat Med, 25, 1761–1771 (2019)

    POINT!

    セデンタリーライフスタイル(ほとんど体を動かさないライフスタイル)や慢性炎症、白血球の増加は、アテローム性動脈硬化を増加させるが、定期的な運動が白血球産生に影響するかどうかは不明のままであった。本研究で著者らは、マウスの飼育環境にランニングホイールを設置し自発的な運動を促すと、6週間後に造血幹細胞・前駆細胞(HSPC)数が低下することで炎症に関わる白血球数が低下することを見出した。運動により脂肪組織でのレプチン産生が減少し、その結果レプチン受容体陽性骨髄間質細胞におけるCXCL12などの静止期促進造血ニッチ因子発現を増加させ、造血幹細胞を静止期に留めることが明らかにされた。Prrx1-creERT2; Leprfl/flマウスでの誘導性レプチン受容体欠損の解析の結果、レプチンの骨髄ニッチ細胞に対する影響がHSPCの増殖や白血球産生、心血管の炎症とアウトカムを調節することが示された。ランニングホイールを撤去すると血中・骨中レプチン量が急速に非運動群と同等の範囲に戻るが、運動が白血球産生とHSPCのエピゲノムやトランスクリプトームに与えた効果は、多くの遺伝子プロモーター領域のクロマチン構造を閉鎖型に変化させたことにより、数週間持続することが示唆された。また、急性敗血症モデルでは運動による血中白血球数の低下の影響はなく、むしろ生存率が上昇することも示された。さらに、心筋梗塞や循環器疾患患者のコホートにおいて、定期的な運動を続けている人の白血球数やレプチン濃度は運動しない人より低いことも示された。以上から、運動が骨髄造血ニッチの調節を介してHSPCに影響し、炎症性白血球数を減少させることが示された。

    HDAC9

    HDAC9はアテローム動脈硬化の大動脈石灰化に関与し、血管平滑筋細胞の表現型に影響する

    原題:

    HDAC9 is implicated in atherosclerotic aortic calcification and affects vascular smooth muscle cell phenotype

    著者:

    Rajeev Malhotra, Andreas C. Mauer1, Christian L. Lino Cardenas, Xiuqing Guo, Jie Yao, Xiaoling Zhang, Florian Wunderer, Albert V. Smith, Quenna Wong, Sonali Pechlivanis, Shih-Jen Hwang, Judy Wang, Lingyi Lu, Christopher J. Nicholson, Georgia Shelton, Mary D. Buswell, Hanna J. Barnes, Haakon H. Sigurslid, Charles Slocum, Caitlin O' Rourke, David K. Rhee, Aranya Bagchi, Sagar U. Nigwekar, Emmanuel S. Buys, Catherine Y. Campbell, Tamara Harris, Matthew Budoff, Michael H. Criqui, Jerome I. Rotter, Andrew D. Johnson, Ci Song, Nora Franceschini, Stephanie Debette, Udo Hoffmann, Hagen Kälsch, Markus M. Nöthen, Sigurdur Sigurdsson, Barry I. Freedman, Donald W. Bowden, Karl-Heinz Jöckel, Susanne Moebus, Raimund Erbel, Mary F. Feitosa, Vilmundur Gudnason, George Thanassoulis, Warren M. Zapol, Mark E. Lindsay, Donald B. Bloch, Wendy S. Post and Christopher J. O'Donnell

    雑誌:

    Nat Genet, 51, 1580–1587 (2019)

    POINT!

    大動脈石灰化は、将来の心血管イベントの独立した予測因子として重要である。著者らは、腹部大動脈石灰化または胸部下行大動脈石灰化の程度に関連するSNPを決定するためにGWASのメタ解析を行った。HDAC9RAP1GAPの2つの遺伝子座は、ゲノムワイドレベルで腹部大動脈石灰化との有意な関連性が検出されたが、胸部大動脈石灰化に関連するSNPは検出されなかった。ヒト大動脈平滑筋細胞でHDAC9を強制発現させると石灰化が促進され、細胞収縮性が低下した一方、HDAC9の阻害剤添加やノックダウンは石灰化を低下させ、収縮性が促進された。血管石灰化モデルであるマトリックスGlaタンパク質欠損マウスでさらにHDAC9を欠損させると大動脈石灰化が40%減少し、生存率が上昇した。本研究によって、腹部大動脈石灰化に関連する遺伝子座が初めて同定され、これまでに未知であった血管石灰化発生におけるHDAC9の役割が明らかにされた。

    IL-17産生gdT細胞

    髄膜のIL-17産生gdT細胞はシナプス可塑性と短期記憶を制御する

    原題:

    Meningeal gdT cell–derived IL-17 controls synaptic plasticity and short-term memory

    著者:

    Miguel Ribeiro, Helena C. Brigas, Mariana Temido-Ferreira, Paula A. Pousinha, Tommy Regen, Cátia Santa, Joana E. Coelho, Inês Marques-Morgado, Cláudia A. Valente, Sara Omenetti, Brigitta Stockinger, Ari Waisman, Bruno Manadas, Luísa V. Lopes,Bruno Silva-Santos, Julie C. Ribot

    雑誌:

    Sci. Immunol. 4, eaay5199 (2019)

    POINT!

    中枢神経系は免疫特権部位であると考えられてきたが、近年の研究から定常状態でもリンパ球浸潤が起こることが示された。また、T細胞が記憶などの脳機能に重要であることも明らかにされつつある。著者らは髄膜に含まれるT細胞の解析を行い、abT細胞が生後徐々に集積する一方、Vg6+サブセットを主体とするgdT細胞は出生時に既に髄膜に存在し、維持されることを見出した。髄膜のgdT細胞は定常状態で活性化しており、高い増殖性を示した。これらの細胞の多くはIL-17産生型であり、また、同部位におけるIL-17の主たる産生源であった。Il17a–/–マウスやTcrd–/–マウス、抗IL-17抗体を投与したマウスの行動実験では、これらのマウスの短期記憶機能に障害が認められた。Il17a–/–マウス海馬の網羅的プロテオーム解析から、シナプス可塑性に関わるパスウェイの変化が認められた。電気生理学的解析により、このマウスの海馬では行動実験後の長期増強が抑制された。IL-17はグリア細胞におけるbrain–derived neurotropic factor (BDNF) の産生を促進した。Il17a–/–マウスやTcrd–/–マウスにBDNFを投与することにより短期記憶の改善が認められた。以上より、髄膜のIL-17産生gdT細胞の記憶機能における重要性が示された。

    CD4+T細胞

    ストレスに起因する末梢CD4+T細胞の代謝障害は不安様行動を惹起する

    原題:

    Stress-Induced Metabolic Disorder in Peripheral CD4+ T Cells Leads to Anxiety-like Behavior

    著者:

    雑誌:

    Cell, 179(4), 864-879 (2019)

    POINT!

    高頻度の心理的な負荷は不安や鬱の原因となる。ストレス刺激への暴露は末梢T細胞の機能障害につながることが知られているが、ストレス–T細胞–脳機能を結ぶメカニズムは不明である。著者らは、電気ショック誘導性の不安モデルマウスの解析を行った。抗体を用いたCD4+T細胞の除去により不安様行動が減少し、電気ショックを経験したマウスのCD4+T細胞のRag1–/–マウスへの移入で不安様行動の増加が見られたことから、CD4+T細胞がストレス下で脳機能を制御することが示された。不安モデルマウスのCD4+T細胞ではミトコンドリア関連遺伝子群の発現が変動し、ミトコンドリアの形態や糖代謝能に異常が認められた。不安モデルマウスの脳内ではロイコトリエンB4 (LTB4) の発現が高く、投与するとCD4+T細胞依存的に不安様行動が惹起された。LTB4に曝露されたCD4+T細胞ではMFN2やMIGA2の発現低下を伴うミトコンドリア断片化が認められた。Miga2–/–マウス、Miga2f/fCd4Creマウス、Mfn1f/fMfn2f/fCd4Creマウスでは不安様行動が認められた。Miga2欠損T細胞では糖代謝が低下する一方、プリン合成が亢進し、Miga2f/fCd4Creマウスの血清ではキサンチンなどのプリン代謝産物が大きく増加した。Miga2欠損によりCD4+T細胞ではIRF-1の蓄積が誘導され、IRF-1はプリン合成に関わる遺伝子のプロモーターに結合することが明らかになった。Irf1–/–Miga2f/fCd4Creマウスではこれらの遺伝子発現の上昇や不安様行動の大部分がキャンセルされた。不安に関わる左側扁桃体の解析を行ったところ、Miga2–/–マウスではオリゴデンドロサイトの増加を伴う同部位の肥大を認めた。これらの細胞はキサンチン受容体A1を発現し、Miga2–/–マウスではプリン代謝と細胞増殖に関わる遺伝子群の発現変動が認められた。Miga2–/–マウスやキサンチン投与マウスでは神経活動性の指標であるc-Fosの発現が上昇していた。以上より、ストレス刺激によりLTB4依存的にCD4+T細胞のミトコンドリア機能が障害されプリン合成が増加すること、プリン代謝産物のキサンチンはオリゴデンドロサイトの増殖を介して神経活動を亢進させ不安を誘導することが明らかになった。

    貪食

    遊走神経堤細胞は神経系の発生に伴い生じる死細胞を貪食する

    原題:

    Migratory Neural Crest Cells Phagocytose Dead Cells in the Developing Nervous System

    著者:

    Yunlu Zhu, Samantha C. Crowley, Andrew J. Latimer, Gwendolyn M. Lewis, Rebecca Nash, Sarah Kucenas.

    雑誌:

    Cell, 179(1): 74-89, (2019)

    POINT!

     神経系の発生に際して一部の神経細胞はアポトーシスに陥るが、死細胞が除去されるメカニズムは不明であった。著者らは各種遺伝子改変ゼブラフィッシュを用いてこのメカニズムを解析した。脊髄中のアポトーシス細胞は神経堤細胞 (NCC)と近接することが示された。これらの NCCの RNA-Seqデータを用いた gene ontology解析と pathway解析の結果、小胞体、ライソゾーム、エンドソーム、 V-ATPaseなどアポトーシス細胞の除去に関わる遺伝子群が見出された。そこで、これらの細胞が実際に死細胞の処理に関わるか、継時的に挙動を観察した。背側の神経幹から離れた NCCは腹側へ移動し、その一部はアポトーシスに陥った。細胞死の後、生存 NCCが死細胞へ遊走を始めた。死細胞の断片は近傍の NCCに貪食され、貪食した細胞内ではファゴソームがライソゾームと融合し小胞内が酸性化した。貪食 NCCの動態をさらに詳細に解析したところ、貪食胞の有無により遊走パターンが異なることが見出された。 IL-1RAの投与により遊走が妨げられたことから、以上のプロセスに IL-1が関与することが示唆された。

    発癌

    毛包の再生はRas変異による腫瘍を抑制する

    原題:

    Hair follicle regeneration suppresses Ras-driven oncogenic growth

    著者:

    Pineda CM, Gonzalez DG, Matte-Martone C, Boucher J, Lathrop E, Gallini S, Fons NR, Xin T, Tai K, Marsh E, Nguyen DX, Suozzi KC, Beronja S, Greco V.

    雑誌:

    J. Cell Biol., doi: 10.1083/jcb.201907178, (2019)

    POINT!

    ある種の遺伝子変異は発癌の原因となるが、変異の存在が必ずしも腫瘍の発生に繋がるとは限らない。皮膚には変異細胞の排除機構が備わっているが、発癌回避が排除機構のみに依存するかは不明であった。著者らは、毛包幹細胞に変異 Hras(HrasG12V)をタモキシフェン誘導性に発現する皮膚癌モデルマウス (HrasG12V/+K19 Cre–ERマウス )と K14 –H2B–GFPマウス、 CAG–tdTomatoマウスを交配することにより、上皮組織における Hras変異毛包幹細胞のレポーターマウスを作出した。このレポーターマウスの解析から、 Hras変異細胞は上皮組織中に一年以上残存することが確認され、変異細胞の排除以外の発癌回避機構の存在が示唆された。 Hras変異細胞は毛周期において高い増殖能を示したが、それによる組織構造の崩壊は認められなかった。また、これらの細胞は毛周期の成長期に増殖、退行期にアポトーシスしており、停止期の短縮は認めるものの、腫瘍性の挙動を示さなかった。 Hras変異に加えて TGF-β欠損を組み合わせたところ、グルーミングなどで皮膚損傷を起こしやすい部位で Hras変異細胞が増殖し、皮膚癌が発生した。毛包〜毛乳頭を除去しても発癌には至らないことから、表皮の損傷と Hras変異、 TGF-β欠損が発癌に必要であることが示された。以上より、皮膚には腫瘍性の変異細胞を除去するだけでなく、共存させつつ発癌させない機構が備わっていることが示された。

    味覚

    末梢から中枢への味覚の神経回路の解明

    原題:

    Sour Sensing from the Tongue to the Brain

    著者:

    Zhang J, Jin H, Zhang W, Ding C, O'Keeffe S, Ye M, Zuker CS.

    雑誌:

    Cell, 179(2): 392-402 (2019)

    POINT!

    味覚は毒物や腐敗した食餌を回避し、糖やミネラルなどの栄養を判別する生存に必須の感覚である。味覚は甘味、塩味、苦味、酸味、うま味の基本味からなり、各々の基本味は異なる味細胞(TRC)により認識される。著者らは、酸味を司るTRCのシングルセルRNA-Seq(scRNA-Seq)解析を行い、酸味を生じる機能分子の探索を行った。候補分子の一つ、膜タンパク質Otop1欠損マウスでは酸味に対する鼓索神経や膝神経節の活動性が低下していた。また、甘味受容体T1R3の遺伝子座にOtop1をノックインしたマウスを解析したところ、甘味受容体が甘味と酸味の両方に反応していた。以上より、Otop1は酸味を生じるのに必要十分であることが示された。より中枢側の神経回路を検討するために、膝神経節細胞のscRNA-Seq解析を行い、7つのクラスターを見出した。各クラスターのマーカー遺伝子欠損マウスや、マーカー遺伝子を発現する神経細胞を麻痺させる遺伝子改変マウスを用いた解析から、酸味を司る膝神経節細胞はPenk遺伝子を発現することが明らかになった。味覚刺激が入力される孤束核吻側部の解析を行い、プロダイノルフィン(Pdyn)発現ニューロンが酸味刺激に特異的に応答することを見出した。シナプス間を伝達されるウイルスを用いたラベリングシステムより、Pdyn発現ニューロンは膝神経節のPenk発現ニューロンに投射することが示された。同定された神経回路の機能を検討するために、光遺伝学的にPdyn発現ニューロンを刺激したところ、酸味への嫌悪行動が誘発された。以上より、末梢〜中枢の各階層で酸味を司る特異的な細胞サブセットと機能分子、マーカー分子が明らかになった。

    FGF23

    FGF23の合成を制御するGタンパク質共役IP3/プロテインキナーゼC経路

    原題:

    A G protein–coupled IP3/protein kinase C pathway controlling the synthesis of phosphaturic hormone FGF23

    著者:

    Qing He, Lauren T. Shumate, Julia Matthias, Cumhur Aydin, Marc N. Wein, Jordan M. Spatz, Regina Goetz, Moosa Mohammadi, Antonius Plagge, Paola Divieti Pajevic, and Murat Bastepe

    雑誌:

    JCI Insight. 2019;4(17): e125007

    POINT!

    FGF23の異常はX染色体連鎖性低リン血症(XLH)などのいくつかの遺伝性疾患を引き起こす。FGF23は骨が主な産生源とされるが、その産生を制御する分子機構とシグナル伝達経路は不明であった。GNAS遺伝子はGsaとXLasをコードするが、本研究において著者らはXLasの欠損マウス(XLKO)が出生後早期にFGF23欠乏と高リン血症を呈することを発見した。XLKOマウスではPTH投与に応答したFGF23の上昇は正常であったが、骨でのPKCaやPKCdの発現は減少していた。骨細胞株Ocy454細胞でXLasを欠失させると、FGF23 mRNA発現量、イノシトール1,4,5-三リン酸産生量、およびPKCa/PKCdタンパク質量が低下した。PMA投与によってPKCを活性化すると、FGF23産生が上昇しXLKOマウスでの血中リン濃度が正常化した。Ocn-CreやDmp1-Creによって恒常的活性化型のGqa変異体であるGNAQG209Lin vivoで発現させることによっても、PKC活性化を介してFGF23産生が上昇した。また、PKC活性化によるFGF23の上昇はERKシグナル伝達に依存していることが示された。さらに、XLHのモデルであるHypマウスの骨ではPKC活性が上昇しており、HypとXLKOの二重変異マウスでは、Hypマウスに比べ血清中FGF23量や血中リン濃度は低かった。本研究によって、未同定のGPCRからのGq/11aやXLasを介したIP3-PKCによるFGF23産生経路が明らかにされた。

    人工サイトカイン

    デザイナーサイトカインIC7Fcによる2型糖尿病の治療

    原題:

    Treatment of type 2 diabetes with the designer cytokine IC7Fc

    著者:

    Maria Findeisen, Tamara l. Allen, Darren C. Henstridge, Helene Kammoun, Amanda E. Brandon, Laurie l. Baggio, Kevin I. Watt, Martin Pal, Lena Cron, Emma Estevez, Christine Yang, Greg M. Kowalski, Liam O'reilly, Casey Egan, Emily Sun, Le May Thai, Guy Krippner, Timothy E. Adams, Robert S. Lee, Joachim Grötzinger, Christoph Garbers, Steve Risis, Michael J. Kraakman, Natalie A. Mellet, James Sligar, Erica T. Kimber, Richard l. Young, Michael A. Cowley, Clinton R. Bruce, Peter J. Meikle, Paul A. Baldock, Paul Gregorevic, Trevor J. Biden, Gregory J. Cooney, Damien J. Keating, Daniel J. Drucker, Stefan Rose-John & Mark A. Febbraio

    雑誌:

    Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1601-9 (2019)

    POINT!

    IL-6ファミリーサイトカインであるIL-6や毛様体神経栄養因子(CNTF)は、マウスやヒトでのインスリン感受性を改善するが、2型糖尿病に対する治療応用は実現していない。この問題を解決するため、著者らはIL-6のgp130結合部位の1つをCNTFのLIF受容体結合部位に置き換え、IgGのFcドメインと融合したIC7Fcという人工サイトカインを設計した。IC7Fcはgp130、IL-6受容体、LIF受容体に結合する。IC7Fcをマウスに投与すると、食欲を低下させインスリン分泌を促進することで耐糖能と高血糖を改善し、体重増加と脂肪肝を予防した。さらに、IC7Fcは転写調節因子YAP1の活性化により骨格筋量を維持することも明らかにされた。また、Alb-Creによる肝臓特異的なIC7Fcの過剰発現マウスでは高脂肪食によって誘導される肥満に抵抗性を示すだけでなく、大腿骨の海綿骨量も上昇していた。カニクイザルに対するIC7Fc投与で明らかな副作用の兆候が観察されなかったことから、IC7Fcは2型糖尿病と筋萎縮症の治療のための次世代生物学的薬剤となる可能性が示された。

    シュワン細胞

    下顎骨修復における骨格幹細胞-シュワン細胞回路

    原題:

    Skeletal Stem Cell-Schwann Cell Circuitry in Mandibular Repair

    著者:

    R. Ellen Jones, Ankit Salhotra, Kiana S. Robertson, Ryan C. Ransom, Deshka S. Foster, Harsh N. Shah, Natalina Quarto, Derrick C. Wan, and Michael T. Longaker

    雑誌:

    Cell Reports 28, 2757–2766 (2019)

    POINT!

    マウスの指先やサンショウウオの四肢などにおける組織再生は神経依存性を示すことが知られている。除神経は再生を障害し、形態学的異常を生じさせるが、このプロセスに関わる幹細胞や前駆細胞に対する神経支配の直接的な影響は不明であった。著者らは、下歯槽神経を除神経するとマウス骨格幹細胞(mSSC)の細胞数低下や骨形成能低下などの機能的異常により下顎骨の修復が著しく低下することを見出した。この過程でmSSCはシュワン細胞への依存性を示し、シュワン細胞移植によって除神経後の骨修復能が回復することや、この過程にシュワン細胞から分泌されるPDGF-AAやオンコスタチンMなどの因子が部分的に関与することが示された。以上から本研究によってmSSCの神経依存性や下顎骨修復を促進するためのmSSC-シュワン細胞回路の重要性が明らかになった。

    機械感覚

    PIEZO1による周期的な力の機械感覚は自然免疫に必要である

    原題:

    Mechanosensation of cyclical force by PIEZO1 is essential for innate immunity

    著者:

    Angel G. Solis, Piotr Bielecki, Holly R. Steach, Lokesh Sharma, Christian C. D. Harman,Sanguk Yun, Marcel R. de Zoete, James N. Warnock, S. D. Filip To, Autumn G. York, Matthias Mack, Martin A. Schwartz, Charles. S. Dela Cruz, Noah W. Palm, Ruaidhrí Jackson and Richard A. Flavell

    雑誌:

    Nature, 573: 69–74 (2019)

    POINT!

    自然免疫系細胞による病原体の直接的な認識は炎症応答に欠かせない。炎症応答において、体温、pH、酸素状態、栄養状態などの微小環境は激しく変動する。免疫系の細胞は特定の微小環境変化に対し適切な応答をするため、病原体の認識や活性化したパターン認識受容体(PRRs)を介してだけでなく、様々な微小環境へのセンサーも同時に使っている。ミエロイド系細胞のPRRシグナルへの応答や微小環境の変化の感知については研究が進んでいる一方で、「力と圧力」の自然免疫系への影響については、これらが免疫学的に重要な反応において細胞へのシグナル伝達を起こすにも関わらず、理解が進んでいなかった。今回筆者らは、呼吸により周期的な圧力が発生する肺などの臓器において、イオンチャネルであるPIEZO1がミエロイド系細胞の炎症性応答を惹起する周期的静水圧のセンサーとして機能することを明らかにした。マクロファージと単球に対する機械的刺激は、炎症性メディエーターや走化性因子の発現を誘導し、この炎症性機械感覚応答はPIEZO1に完全に依存していた。またミエロイド系細胞特異的にPIEZO1を欠損したマウスは緑膿菌の経鼻感染に対し高感受性となり、逆にミエロイド系細胞におけるPIEZO1シグナルの増強は肺線維症のマウスモデルの症状を悪化させた。これらの結果は、力と圧力が自然免疫系による炎症反応の主要な誘導因子であることを示している。

    再生

    骨再生のための骨格幹細胞、前駆細胞の活性化はPDGFRbシグナリングにより引き起こされる

    原題:

    Activation of Skeletal Stem and Progenitor Cells for Bone Regeneration Is Driven by PDGFRβ Signaling

    著者:

    Anna-Marei Böhm, Naomi Dirckx, Robert J. Tower, Nicolas Peredo, Sebastiaan Vanuytven, Koen Theunis, Elena Nefyodova, Ruben Cardoen, Volkhard Lindner Thierry Voet, Matthias Van Hul, Christa Maes

    雑誌:

    Dev Cell., 51: 1-19 (2019)

    POINT!

    骨の修復と再生には、骨形成能力のある骨格幹細胞および前駆細胞(SSPC)の活性化と遊走が必要である。本論文ではOsterix(Osx)を発現した経歴のある細胞が外傷に応じて骨格組織を修復するために、必要な一連の系列(骨芽細胞、軟骨形成細胞、および線維芽細胞)に分化できることを示した。これはOsx発現履歴のある細胞がSSPCである、あるいはSSPCを含んでいることを示唆するものである。コンディショナルノックアウトマウスの実験により、PDGFRβを欠損すると骨再生に必要なSSPCの増多とカルス形成を妨げることがわかった。骨修復中のSSPCの拡大、血管に沿った細胞遊走にPDGF-PDGFRβシグナル伝達が不可欠であることを示唆した。骨修復SSPCの遊走に関与するメカニズムをさらに調査するために、著者らはMMP-9およびVCAM-1がPDGF-PDGFRβシグナル伝達カスケードの下流エフェクターとして作用することを示した。以上より、著者らはPDGF経路が骨修復中にSSPC活性化の決定因子として作用することをin vivoで証明した。

    EphrinB2

    エフリンB2欠損骨細胞ではオートファジーが亢進することで、過剰な二次石灰化が起き、骨が脆弱化する

    原題:

    Increased autophagy in EphrinB2-deficient osteocytes is associated with elevated secondary mineralization and brittle bone

    著者:

    Christina Vrahnas, Martha Blank, Toby A. Dite, Liliana Tatarczuch, Niloufar Ansari, Blessing Crimeen-Irwin, Huynh Nguyen, Mark R. Forwood, Yifang Hu, Mika Ikegame, Keith R. Bambery, Cyril Petibois, Eleanor J. Mackie, Mark J. Tobin, Gordon K. Smyth, Jonathan S. Oakhill, T. John Martin and Natalie A. Sims

    雑誌:

    Nat. Comm., 10: 3436 (2019)

    POINT!

    骨の石灰化は類骨にミネラル結晶が沈着することによって生じる。ミネラルの沈着の詳細な機序は依然として明らかになっていない。骨芽細胞に発現するEphrinB2蛋白は接触依存性に骨芽細胞の分化や類骨石灰化に関与しており、骨細胞においてもEphrinB2発現は保持されている。著者らは、骨細胞におけるEphrinB2発現と石灰化制御の関係を骨細胞特異的EphrinB2欠損マウスを用いて調査した。これらのマウスでは骨形態に変化は見られなかったが、骨脆弱性が見られた。類骨の一次石灰化は通常の速度で開始されたものの、二次石灰化の亢進が認められた。EphrinB2欠損骨細胞には、オートファジー関連の遺伝子に発現変動が見られ、細胞質内のオートファゴソーム数が増加していた。これらのミネラル過剰沈着およびオートファジー亢進状態はRhoA阻害により拮抗された。以上より、骨細胞におけるEphrinB2はRhoA経路依存的なオートファジーを抑制することで、二次石灰化を制御し、骨量非依存的に骨強度の維持に寄与している可能性が示唆される。

    骨折治癒

    血中ApoEレベルの低下は高齢者の骨折治癒を促進する

    原題:

    Lowering circulating apolipoprotein E levels improves aged bone fracture healing

    著者:

    Rong Huang, Xiaohua Zong, Puviindran Nadesan, Janet L. Huebner, Virginia B. Kraus, James P. White, Phillip J. White, and Gurpreet S. Baht

    雑誌:

    JCI insight, 4: e129144 (2019)

    POINT!

    加齢は骨折治癒遅延のリスクファクターである。加齢による骨折治癒障害の機構を研究する際に、筆者らが着目したのがApoEタンパク質である。ApoEはリポタンパク質であり、脂質代謝と脂肪酸輸送に関連する。近年ヒトにおけるApoE多型が骨のミネラル密度の減少と股関節及び脊椎骨折のリスク増加と関連することが報告された。しかし、骨折治癒と筋骨格の老化におけるApoEの役割は明らかになっていない。筆者らは、ヒトとマウスにおいて加齢により血中ApoEレベルが増加することを確認した。筆者らがWTおよびApoE欠損マウスの骨折治癒を評価したところ、ApoE欠損マウスの骨折仮骨内で骨沈着が高いことが明らかとなった。in vitroで分化中の骨芽細胞にリコンビナントApoEを添加すると、細胞分化とマトリックスの石灰化が抑制された。この処理により、骨芽細胞の代謝系にも影響が見られた。また、in vivoにおいて血中ApoEが骨修復において強力に抑制することを示した。さらに、siRNAを使用して血中ApoEレベルを低下させると、老齢マウスの骨折仮骨の骨沈着と機械的強度の増強を示した。本研究により加齢により増加した血中ApoEが骨芽細胞の代謝に影響して骨折治癒を阻害することが明らかとなった。この知見は高齢者の骨折治療における治療標的としてApoEが有用であることを示唆している。

    可溶型RANKL

    可溶型RANKLは生理的には必須ではないが、がん骨転移を促進する

    原題:

    Soluble RANKL contributes to osteoclast formation in adult mice but not ovariectomy-induced bone loss

    著者:

    Tatsuo Asano, Kazuo Okamoto, Yuta Nakai, Masanori Tsutsumi, Ryunosuke Muro, Ayako Suematsu, Kyoko Hashimoto, Tadashi Okamura, Shogo Ehata, Takeshi Nitta and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Nat. Matab., 1: 868–875 (2019)

    POINT!

    RANKLは破骨細胞分化や免疫組織形成に必須のサイトカインである。また骨粗鬆症、炎症性骨破壊、がんの骨転移等の病態にも関与している。RANKLは膜結合型と可溶型の二つの形態を持つが、生体における役割の違いについては詳細には判明していなかった。筆者らは可溶型RANKLを選択的に欠損したマウス(ΔSマウス)を作製し、可溶型RANKLの生理的・病的意義を検証した。6週齢で解析したところ、破骨細胞分化、リンパ節形成、胸腺髄質上皮細胞分化においてはΔSマウスと野生型マウスの間には差を認めなかった。したがって可溶型RANKLは生理的には必須ではないことが分かった。次にマウスがん細胞(悪性黒色腫・乳がん)を用いて左心室内移植による骨転移モデルを施行したところ、ΔSマウスでは骨転移が有意に抑制された。一方で、腫瘍骨転移部における破骨細胞数には差がなかった。なお卵巣や副腎などの骨以外の臓器への転移には差を認めなかった。これらの結果より可溶型RANKLは破骨細胞非依存性にがんの骨転移を促進することが分かった。

    組織常在マクロファージ

    滑膜局所で維持される常在マクロファージは関節におけるバリア機能を有する

    原題:

    Locally renewing resident synovial macrophages provide a protective barrier for the joint

    著者:

    Culemann S Grüneboom A, Nicolás-Ávila JÁ, Weidner D, Lämmle KF, Rothe T, Quintana JA, Kirchner P, Krljanac B, Eberhardt M, Ferrazzi F, Kretzschmar E, Schicht M, Fischer K, Gelse K, Faas M, Pfeifle R, Ackermann JA, Pachowsky M, Renner N, Simon D, Haseloff RF, Ekici AB, Bäuerle T, Blasig IE, Vera J, Voehringer D, Kleyer A, Paulsen F, Schett G, Hidalgo A, Krönke G.

    雑誌:

    Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1471-1. [Epub ahead of print]

    POINT!

     これまで、組織常在マクロファージは循環血液中の単球に由来するとされていたが、最近、その一部は発生初期に組織に定着したものであることが報告された。著者らは、関節滑膜のマクロファージの由来と機能の再検討に取り組んだ。マウス膝関節の透明化標本を観察したところ、平坦な形態のCX3CR1+マクロファージが形成する膜状の連続した構造が関節腔を裏装していた。CX3CR1+マクロファージは出生前から関節中に見出されたが、並体結合してもrecipientマウスに移入されないことから、発生初期に組織に定着・維持されると考えられた。滑膜を裏装するCX3CR1+マクロファージと滑膜深部に見出されたCX3CR1マクロファージのシングルセルRNA–Seq解析により、CX3CR1マクロファージには、MHCIIやAQP1を発現するサブセットとRELM-αを発現するサブセットが存在することが明らかになった。偽時系列解析により、前者は後者およびCX3CR1+細胞の前駆細胞であることが予測され、フェイトマッピングマウスの解析結果もそれに矛盾しないものであった。CX3CR1+マクロファージ同士の接触部位にはタイトジャンクションが発達していたことから、これらの細胞が滑膜バリアの形成に関わることが示唆された。関節炎発症後早期にこの細胞間結合は消失し、CX3CR1+マクロファージの連続性は失われ、MRI上で関節腔内への造影剤の流入の増加が認められた。CX3CR1+マクロファージの除去は滑膜のバリアの破綻と関節炎初期の炎症症状の増悪につながった。タイトジャンクションを安定させるイマチニブが関節炎を抑制したことから、滑膜バリアは炎症を抑制することが示唆された。以上より、関節滑膜を裏装するCX3CR1+マクロファージは関節局所で維持され、タイトジャンクションにより滑膜バリアを形成し炎症を抑制することが明らかになった。

    パーキンソン病

    腸管における感染はPink1–/–マウスにおけるパーキンソン病様症状を誘導する

    原題:

    Intestinal infection triggers Parkinson's disease- like symptoms in Pink1−/− mice

    著者:

    Matheoud D, Cannon T, Voisin A, Penttinen AM, Ramet L, Fahmy AM, Ducrot C, Laplante A, Bourque MJ, Zhu L, Cayrol R, Le Campion A, McBride HM, Gruenheid S, Trudeau LE, Desjardins M.

    雑誌:

    Nature, 571(7766): 565-569 (2019)

    POINT!

    PINK1およびParkinはパーキンソン病の原因遺伝子であるが、Pink1–/–マウスやPrkn–/–マウスはパーキンソン病様の症状を強く発症することはないため、これらの遺伝子変異の他に何らかの引き金が存在することが指摘されていた。著者らは、過去にこれらのマウスの抗原提示細胞はLPS刺激によりミトコンドリア成分をMHCクラスI上に提示すること (MitAP) を見出した (Matheoud, Cell, 2016)。この知見から、CD8+T細胞を介した炎症反応がパーキンソン病の病態形成に関与する可能性に着想した。各種細菌をRAW264.7細胞に感染させたところ、グラム陰性菌、特に腸管病原性大腸菌 (EPEC) を感染させた際にMitAPが強力に誘導された。このMitAPは、Pink1–/–マウス由来の樹状細胞では野生型細胞よりも高いレベルを示した。EPEC感染症のモデルに用いられるC. rodentiumを経口感染させたところ、Pink1–/–マウスでは野生型マウスと比較して、脾臓や脳でミトコンドリア特異的かつIFNγを発現するCD8+T細胞が多く見出された。LPSとIFNγで刺激したPink1–/–マウスの神経細胞とミトコンドリア特異的CD8+T細胞の共存培養ではMitAPが強く誘導された。Pink1–/–マウスのドーパミン作動性ニューロンはLPSとIFNγ刺激下でCD8+T細胞と共存培養することにより細胞死に陥った。C. rodentium感染Pink1–/–マウスでは、線条体ドーパミン作動性ニューロンの密度低下を伴う運動機能を認めた。以上より、感染に伴うCD8+T細胞を介した免疫応答がパーキンソン病の病態に関わることが示された。

    皮膚炎

    皮膚に分布するTRPV1陽性ニューロンは予期的な17型自然免疫応答による防御反応を誘引する

    原題:

    Cutaneous TRPV1+ Neurons Trigger Protective Innate Type 17 Anticipatory Immunity

    著者:

    Cohen JA, Edwards TN, Liu AW, Hirai T, Jones MR, Wu J, Li Y, Zhang S, Ho J, Davis BM, Albers KM, Kaplan DH.

    雑誌:

    Cell, 178(4): 919-932.e14. (2019)

    POINT!

    TRPV1+ニューロンは皮膚に広く分布し、痛みを司る神経細胞である。この細胞は感染や薬剤刺激に反応し、樹状細胞の活性化を介して17型自然免疫応答に関わることが報告されている。本研究で著者らは、TRPV1+ニューロンがこの免疫応答の誘導に十分であるのか、また、なぜこのニューロンが炎症反応に関与するのかを明らかにした。まず、光遺伝学的にTRPV1+ニューロンが活性化されるマウス (TRPV1-Ai32マウス) の皮膚に光照射を行ったところ、IL-17Aを産生するγδT細胞およびCD4+T細胞や好中球の浸潤、IL-23/IL-6/TNF-α/IL-17A/IL-22の発現上昇といった17型炎症反応を伴う表皮の肥厚・錯角化が認められた。よって、TRPV1+ニューロンの活性化は皮膚炎の誘導に十分であることが示された。薬剤による神経伝達の阻害実験から、これらの炎症反応は神経ペプチドの一つCGRP依存的であることが示された。次に、血流増加を指標に炎症の範囲を解析したところ、TRPV1-Ai32マウスでは光照射部位だけでなく、その周囲でも血流の増加を認めた。周辺部の血流増加は神経伝導に依存していたことから、局所でのTRPV1+ニューロン活性化が反射弓によって周辺部に炎症と感染防御を誘導すると考えられた。実際、細菌や真菌の感染は光照射部位の周辺部でも抑制されていた。以上より、TRPV1+ニューロンは感染部位局所だけでなく、その近傍にも予防的に感染防御反応を誘導することが示された。

    ゲノム編集

    i-GONAD法による受精卵のex vivo処理を行わないCRISPRによる生殖細胞ゲノム編集マウスの作製

    原題:

    Creation of CRISPR-based germline-genome-engineered mice without ex vivo handling of zygotes by i-GONAD

    著者:

    Channabasavaiah B. Gurumurthy, Masahiro Sato, Ayaka Nakamura, Masafumi Inui, Natsuko Kawano, Md Atiqul Islam, Sanae Ogiwara, Shuji Takabayashi, Makoto Matsuyama, Shinichi Nakagawa, Hiromi Miura and Masato Ohtsuka

    雑誌:

    Nat Protoc, 14, 2452–2482 (2019)

    POINT!

    30年以上使用されてきた従来の遺伝子組み換えマウス作製方法では、雌マウスから受精卵を採取し、ex vivoでマイクロインジェクションを行い、別の偽妊娠マウスに移植する、という3つの主要なステップが含まれる。著者らは最近、これらの過程を不要とするGONAD法(卵管核酸送達によるゲノム編集)という方法を開発した。GONAD法は、Cas9 mRNAとguide RNA(gRNA)をE1.5胚に妊娠雌マウスの卵管に注入し、in vivoエレクトロポレーションを行ってin situで受精卵に成分を送達する方法である。その後、Cas9タンパク質またはCpf1タンパク質とgRNAをE0.7胚に送達する、改良されたGONAD法(i-GONAD法)を開発した。i-GONAD法は、ドナー一本鎖DNAテンプレートを加えれば最大1 kbのインサートを含むノックインモデルを作製することも可能である。この方法を用いれば、偽妊娠マウスやマイクロインジェクション装​​置、胚操作技術を必要とせず、比較的簡単な装置でゲノム編集マウスを作製することが可能となる。本プロトコルはi-GONAD法を実施するための非常に詳細なプロトコルである。

    免疫複合体

    神経系で発現するFcgRIは急性及び慢性の関節痛に関わる

    原題:

    Neuronal FcgRI mediates acute and chronic joint pain

    著者:

    Li Wang, Xiaohua Jiang, Qin Zheng, Sang-Min Jeon, Tiane Chen, Yan Liu, Heather Kulaga, Randall Reed, Xinzhong Dong, Michael J. Caterina, and Lintao Qu

    雑誌:

    J Clin Invest, doi: 10.1172/JCI128010 (2019)

    POINT!

    従来、関節リウマチ(RA)における関節痛は炎症に起因すると考えられてきたが、関節炎の痛みと関節炎は少なくとも部分的には関連がない。本研究で著者らは、IgG免疫複合体(IgG-IC)の免疫受容体であるFcgRIが関節感覚神経のサブポピュレーションで発現し、ナイーブマウスに対するIgG-ICの関節内投与によるFcgRIのクロスリンクによって明確な関節炎は起こさずに、細胞体や末梢神経終末が直接活性化され急性の関節痛覚過敏を引き起こすことを示した。これらのIgG-ICの効果はPirt-Creを用いた感覚神経特異的なFcgRIノックアウトマウスで有意に減少した。抗原誘発性関節炎モデルマウスでは、関節感覚神経におけるFcgRI発現が活性化しており、抗体によるFcgRIの阻害または遺伝的欠失によって、関節の炎症には影響せずに関節炎の痛みと関節感覚神経の活動性亢進を有意に低下させた。以上から、感覚神経で発現するFcgRIは炎症性細胞での機能とは無関係に関節炎の痛みに寄与する可能性が示唆された。これらの発見は、神経細胞で発現するFcgRIがRAの痛みを治療するための標的となりうる可能性を示している。

    骨格系幹細胞

    Hox11を発現する局所の骨格系幹細胞は骨芽細胞や軟骨細胞、脂肪細胞の生涯にわたる前駆細胞である

    原題:

    Hox11 expressing regional skeletal stem cells are progenitors for osteoblasts, chondrocytes and adipocytes throughout life

    著者:

    Kyriel M. Pineault, Jane Y. Song, Kenneth M. Kozloff, Daniel Lucas & Deneen M. Wellik

    雑誌:

    Nat Commun, 10: 3168 (2019)

    POINT!

    多能性間葉系間質細胞(MSC)は、骨格形成や維持、修復に生涯にわたって必要である。著者らは以前、成人骨格前駆細胞が多く含まれるMSCでの胚性パターン形成転写因子Hoxa11の特異的な発現と機能を報告した。本研究では、新しく作製したHoxa11-CreERT2系統追跡システムを用い、発生期および出生後の両方の段階においてHoxa11-CreERT2で標識したHox11発現間質細胞に、生涯を通じて真の骨格幹細胞ポピュレーションが多く含まれる可能性を示した。Hoxa11系列陽性細胞は、LepR-CreおよびOsx-CreERで標識される前駆細胞を多く含むMSCポピュレーションを生じさせ、これらの細胞よりも上流であることが示された。またHoxa11系列陽性細胞は、骨髄内および骨内膜・骨外膜上で生涯維持され、MSCマーカーを持続的に発現して骨格系に広範囲に寄与し、著者らが調べた全ての段階で、軟骨細胞や骨芽細胞、骨細胞、骨髄脂肪細胞などの骨格系細胞を生じさせることが示された。さらに、発生期や出生後にHoxa11-CreERT2で標識した細胞は骨折損傷後に増殖し、骨折が成獣で誘導される場合においても軟骨や骨の再生に寄与したことから、Hox11発現細胞は骨格発生の最も早い段階から発生し、生涯を通じて自己複製する骨格系幹細胞が多く含まれることが証明された。

    破骨細胞

    Sfrp4はRor2/Jnkカスケード依存的破骨細胞分化を調節し、骨内膜の過剰な骨吸収から皮質骨を守っている

    原題:

    Sfrp4 repression of the Ror2/Jnk cascade in osteoclasts protects cortical bone from excessive endosteal resorption

    著者:

    Kun Chen, Pei Ying Ng, Ruiying Chen, Dorothy Hu, Shawn Berry, Roland Baron, and Francesca Gori

    雑誌:

    Proc Natl Acad Sci U S A., 116: 14138-14143. (2019)

    POINT!

    Wnt阻害作用を持つ分泌型frizzled receptor protein 4(SFRP4)の機能喪失変異は、、パイル病(OMIM 265900)の原因となる。これは、広い骨幹端、皮質骨の著しい菲薄化、脆弱性骨折を特徴とする骨格障害を呈する。Sfrp4欠損マウスでは、皮質骨の菲薄化が、骨膜および骨内膜の骨形成の減少と皮質骨吸収の増加と相関していることが観察された。 Sfrp4欠損マウスの皮質骨におけるRank1/Opgの上昇は、骨芽細胞依存的な破骨細胞分化を示唆しているが、Sfrp4が破骨細胞分化に細胞自律的に影響を与えることができるかどうかは不明であった。 骨髄由来マクロファージをRANKLで刺激するとSfrp4発現が上昇することがわかった。さらに、Sfrp4がRANKL誘導性破骨細胞分化を有意に抑制することがわかった。古典Wnt/b-カテニンシグナル伝達の阻害は破骨細胞分化に対するSfrp4の効果と関連しなかったが、非古典的なWnt/Ror2/Jnkカスケードをブロックすると、in vitroで破骨細胞分化が著しく抑制された。さらにSfrp4欠損マウスで見られる骨内膜破骨細胞の増加は、Sfrp4欠損と合わせて破骨細胞特異的Ror2欠損マウス(CtskCreRor2fl/fl)にすると抑制され、皮質骨の菲薄化も減少していた。これらのデータは、破骨細胞分化制御におけるSfrp4のオートクリンおよびパラクリン効果を示すものである。

    アミノ酸トランスポーター

    L-タイプアミノ酸トランスポーターLAT1mTORC1経路を介して破骨細胞分化を阻害し、骨恒常性を維持する

    原題:

    The L-type amino acid transporter LAT1 inhibits osteoclastogenesis and maintains bone homeostasis through the mTORC1 pathway

    著者:

    Kakeru Ozaki, Takanori Yamada, Tetsuhiro Horie, Atsushi Ishizak, Manami Hiraiwa, Takashi Iezaki, Gyujin Park, Kazuya Fukasawa, Hikari Kamada, Kazuya Tokumura, Mei Motono, Katsuyuki Kaneda, Kazuma Ogawa Hiroki Ochi, Shingo Sato,Yasuhiro Kobayashi, Yun-Bo Shi, Peter M. Taylor, Eiichi Hinoi

    雑誌:

    Sci. Signal. 12: eaaw3921 (2019)

    POINT!

    アミノ酸トランスポーターはアミノ酸の細胞内への取り込みを制御する分子であり、様々な細胞内プロセスに関与する。L-Typeアミノ酸トランスポーター1 (LAT1)は、ナトリウム依存的に中性アミノ酸を細胞内に取り込む機能を有し、がんや神経疾患に関与する。アミノ酸の細胞内取り込みは、骨恒常性を制御していると考えられるが、その詳細なメカニズムは不明である。本研究において、筆者らは破骨細胞におけるLAT1が骨恒常性に重要であることを同定した。破骨細胞特異的にLAT1を欠損するマウスでは、破骨細胞数が増加し、骨量の低下が認められた。一方、骨芽細胞特異的にLAT1を欠損するマウスの骨は骨量、骨形成が正常であった。LAT1を欠損する破骨細胞ではmTORC1の経路が活性化された結果、破骨細胞のマスター転写因子であるNFATc1が核内に蓄積し、破骨細胞の分化および機能が亢進した。これらの発見は、破骨細胞におけるアミノ酸の取り込みが骨完全性の維持に重要な関連があることを示している。

    骨格異形成症

    ヒト骨格形成異常におけるマイクロRNA-140の機能獲得型変異

    原題:

    Gain-of-function mutation of microRNA-140 in human skeletal dysplasia.

    著者:

    Giedre Grigelioniene, Hiroshi I. Suzuki, Fulya Taylan, Fatemeh Mirzamohammadi, Zvi U. Borochowitz, Ugur M. Ayturk, Shay Tzur, Eva Horemuzova, Anna Lindstrand, Mary Ann Weis, Gintautas Grigelionis, Anna Hammarsjö, Elin Marsk, Ann Nordgren, Magnus Nordenskjöld, David R. Eyre, Matthew L. Warman, Gen Nishimura, Phillip A. Sharp, and Tatsuya Kobayashi

    雑誌:

    Nat. Med., 25: 583-590 (2019)

    POINT!

    マイクロRNA(miRNA)は、転写後調節因子として遺伝子発現を制御することで、様々な生命現象において重要な役割を果たしている。これまでに、miRNA遺伝子の機能喪失型変異が、ヒト先天性疾患に関与する例は幾つか報告がされているが、miRNAの機能獲得型変異がヒト疾患に関与するといった報告は存在しない。著者らは、新たな常染色体優性ヒト骨異形成症を発症する2家系を見出した。同患者の全ゲノムシークエンスの結果から、マイクロRNA-140(miR-140)遺伝子の1塩基置換を同定した。この1塩基置換を導入したマウスでは、骨異形成症患者と類似する表現系が認められた。miR-140の変異は、軟骨細胞において本来の標的遺伝子の発現亢進だけでなく、変異miR-140の新たな標的遺伝子の発現低下を引き起こした。さらに変異型miR-140は、RNA結合タンパク質Ybx1と標的RNAとの結合を競合阻害することが明らかとなった。本知見は、機能獲得型miRNA変異がヒト先天性疾患の原因となる最初の証拠を示したと同時に、変異miRNAが持つネオモルフ作用の分子メカニズムの一端を明らかにした。

    Singleton-Merten 症候群

    MDA5の構成的活性化を持つマウスにおけるシングルトン-マーテン症候群様骨格異常

    原題:

    Singleton-Merten Syndrome-like Skeletal Abnormalities in Mice with Constitutively Activated MDA5.

    著者:

    Nobumasa Soda, Nobuhiro Sakai, Hiroki Kato, Masamichi Takami, Takashi Fujita

    雑誌:

    J. Immunol., 203: 1356–1368 (2019)

    POINT!

    シングルトン-マーテン(Singleton-Merten)症候群(SMS)は、骨減少症、動脈石灰化、歯科的異常(若年性歯周炎と歯根吸収)などを特徴とするまれな常染色体優性疾患であり、原因としてMDA5タンパクをコードする IFIH1遺伝子の機能獲得型変異が知られている。本研究において著者らは、MDA5の恒常的活性型変異を導入したマウスでは、I型インターフェロンシグナルの増強を介して骨リモデリングが低下し、SMS様の骨表現系を呈することを見出した。本知見により、I型インターフェロンシグナルの阻害が、SMS患者の骨病変に対する有用な治療戦略となる可能性が示唆された。

    骨膜幹細胞

    TRAP+マクロファージ系細胞は骨膜細胞を動員し膜性骨化と骨再生を誘導する

    原題:

    Macrophage-lineage TRAP+ cells recruit periosteum-derived cells for periosteal osteogenesis and regeneration

    著者:

    Gao B, Deng R, Chai Y, Chen H, Hu B, Wang X, Zhu S, Cao Y, Ni S, Wan M, Yang L, Luo Z, Cao X

    雑誌:

    J. Clin. Invest., 129: 2578-2594. (2019)

    POINT!

     骨膜は骨表面のほぼ全域を被覆する。骨膜中のPeriosteum–derivedcell (PDC) は骨芽細胞など様々な細胞に分化する幹細胞 (MSC) である。PDCには様々なサブセットが含まれ、骨形成に重要であると考えられているが詳細は不明である。著者らはPDCサブセットの解析と制御機構の解析を行った。まず、免疫組織学的検討により、NestinまたはLepRを発現するPDCが骨膜外層に存在することが見出された。Nestin+PDCとLepR+PDCはそれぞれ若齢/成獣マウスに多く認められた。これらのPDCはコロニー形成能が高く、脂肪/軟骨/骨への分化能を示すなど、MSCの性質を有していた。次に、PDCの制御機構の解析を行った。TRAP+単核細胞はPDGF-BBを介してMSC遊走を誘導することが知られている。ジフテリア毒素を投与したTrap-cre iDTRマウス、Trap-cre Pdgfbfl/flマウス、Nestin-creERT2 Pdgfr-βfl/flマウス、LepR-cre Pdgfr-βfl/flマウスではPDCの骨表面への動員の抑制と骨形成の低下が認められた。Trap-cre Pdgfbfl/flマウスでは、骨再生の遅延も見られた。以上より、骨膜中のTRAP+細胞はPDGF-BBによりPDCを骨表面に動員することで骨形成と骨再生に寄与する事が明らかになった。

    線維芽細胞

    特殊な線維芽細胞が関節炎における炎症と組織損傷を誘導する

    原題:

    Distinct fibroblast subsets drive inflammation and damage in arthritis

    著者:

    Croft AP, Campos J, Jansen K, Turner JD, Marshall J, Attar M, Savary L, Wehmeyer C, Naylor AJ, Kemble S, Begum J, Dürholz K, Perlman H, Barone F, McGettrick HM, Fearon DT, Wei K, Raychaudhuri S, Korsunsky I, Brenner MB, Coles M, Sansom SN, Filer A, Buckley CD

    雑誌:

    Nature, 570: 246-251, 2019

    POINT!

    炎症性疾患の基礎研究においては、免疫細胞のサブセット解析が精力的に行われている一方、組織の間質を構成する線維芽細胞のサブセットの検討は十分でない。著者らは関節炎組織の線維芽細胞サブセットに着目した。関節リウマチ患者の滑膜と血清移入関節炎モデル (STIA)マウスの滑膜において、fibroblast activation protein-α (FAPα)が高発現することを見出した。FAPα-luciferase-DTRマウスにジフテリア毒素を投与したところ、関節の腫脹と破壊が抑制された。また、これらのマウスではケモカイン、炎症性サイトカイン、RANKL、プロテアーゼの発現も低値を示した。Single cell RNA-Seq法によりSTIA滑膜線維芽細胞の表現系解析を行ったところ、特徴的な遺伝子発現パターンを示す複数のクラスターが見出され、ヒトサンプルのクラスターと共通するものも見られた。各クラスターの解析を行ったところ、FAPα+THY1+クラスターにおいては炎症性サイトカインやケモカインの発現が高かった。一方、FAPα+THY1クラスターはRNAKLやプロテアーゼの発現が高く、破骨細胞分化支持能を示した。STIAマウスの関節にこれらの細胞を移入したところ、FAPα+THY1+細胞は炎症を増強する一方関節破壊には影響せず、FAPα+THY1細胞は炎症への有意な寄与は見られないものの関節破壊を増強した。以上より、関節炎病変部の線維芽細胞には複数のサブセットが含まれ、病態形成において異なる機能を有することが示された。

    CLCN7

    Clcn7変異によるマウス常染色体優性遺伝大理石骨病II型の骨外病変–臨床および治療上の意義–

    原題:

    Extra-skeletal manifestations in mice affected by Clcn7-dependent autosomal dominant osteopetrosis type 2 clinical and therapeuticimplications

    著者:

    Maurizi A, Capulli M, Curle A, Patel R, Ucci A, Côrtes JA, OxfordH, Lamandé SR, Bateman JF, Rucci R, Teti A

    雑誌:

    Bone Res., doi: 10.1038/s41413-019-0055-x, 2019

    POINT!

    常染色体優性遺伝大理石骨病II型 (ADO2) はCLCN7が原因遺伝子の変異により骨吸収不全をきたす疾患である。CLCN7は骨以外にも多くの臓器で発現するため、ADO2における骨外病変の存在が想定されるが、系統的な解析はされていない。そこで著者らは、ADO2の骨外病変の詳細な検討を行った。ADO2患者の検査所見により、脳/血球/筋/腎などに異常所見が見られた。マウスではこれらの臓器と肺でClcn7発現が高かったため、ADO2モデルマウスの肺/腎/筋/脳の解析を行った。これらのマウスでは、TGF-βシグナル経路に関わる遺伝子群の発現パターンが野生型のそれと異なっており、マクロファージに特徴的な遺伝子や線維化関連遺伝子が高発現していた。これに一致して、ADO2モデルマウスの肺/腎/筋ではマクロファージの集積とSmad2/3リン酸化亢進を伴う線維化が認められた。さらに、脳組織では血管周囲の線維化、β-アミロイドの沈着、アストログリアの増殖が見られた。免疫細胞染色法により、変異CLCN7は野生型とは異なりGolgi体に蓄積し、細胞内小胞への移行やライソゾームの酸性化、オートファゴソーム形成に異常が認められた。変異Clcn7特異的siRNAを用いた治療実験では線維化の抑制、CLCN7の細胞内局在の異常の消失が見られた。以上より、ADO2の骨外病変とそのメカニズムの一端が明らかになり、また、核酸医薬がADO2の治療に有効である可能性が示唆された。

    骨髄間質細胞

    恒常性および白血病における骨髄間質の細胞分類

    原題:

    A Cellular Taxonomy of theBone Marrow Stroma in Homeostasis and Leukemia

    著者:

    Ninib Baryawno, Dariusz Przybylski, Monika S. Kowalczyk, Youmna Kfoury, Nicolas Severe, Karin Gustafsson, Konstantinos D. Kokkaliaris, Francois Mercier, Marcin Tabaka, Matan Hofree, Danielle Dionne, Ani Papazian, Dongjun Lee, Orr Ashenberg, Ayshwarya Subramanian, Eeshit Dhaval Vaishnav, Orit Rozenblatt-Rosen, Aviv Regev, and David T. Scadden

    雑誌:

    Cell, 177, 1915–1932 (2019)

    POINT!

    間質は定義の乏しい非実質成分であるが、ほとんどすべての臓器の発生、恒常性、および修復において重要な役割を果たす。これまで、骨髄間質の幹細胞ニッチにおいて造血系の制御や、白血病の発症に関与する個別の集団が定義されてきた。本研究で著者らは、マウス骨髄間質の細胞分類とそれらの悪性化による機能障害を定義するために、1細胞RNAシーケンス法(scRNA-seq)を使用した。その結果、新たな線維芽細胞サブポピュレーションや、異なる骨芽細胞の分化トラジェクトリーを含むサブポピュレーションなど、様々な造血系の制御遺伝子を発現する17種の間質サブセットを同定した。また、急性骨髄性白血病を発症させると間葉系前駆細胞から骨芽細胞への分化が抑制され、正常な造血に必要な調節分子の発現が減少した。これらの結果は、特定の間質細胞が正常・異常な造血に関与する際の明確で一貫した定義を可能にし、血液疾患における間質を標的とした治療法を開発するための基盤となる。また、正常な組織機能を損なわせることによってがんの発生を可能にする、がん細胞と特定の間質とのクロストークに関するデータが示された。

    骨細胞性骨溶解

    カテプシンK欠損骨細胞は泌乳によって誘導される骨量減少とPTHの抑制を阻害する

    原題:

    Cathepsin K-deficient Osteocytes Prevent Lactation-induced Bone Loss and Parathyroid Hormone Suppression

    著者:

    Sutada Lotinun, Yoshihito Ishihara,Kenichi Nagano, Riku Kiviranta, Vincent Carpentier, Lynn Neff, Virginia Parkman,Noriko Ide, Dorothy Hu, Pamela Dann, Daniel Brooks, Mary L. Bouxsein, JohnWysolmerski, Francesca Gori, Roland Baron

    雑誌:

    J Clin Invest, doi:10.1172/JCI122936 (2019)

    POINT!

    泌乳は、乳汁中に十分なカルシウムを供給するために骨量減少を引き起こすことが知られており、このプロセスには破骨細胞による骨吸収だけでなく、骨細胞性の骨小腔周囲の骨吸収が含まれるが、骨細胞が骨溶解に寄与する正確なメカニズムは不明のままであった。骨細胞はカテプシンK(Ctsk)などの破骨細胞が骨吸収を行う際に必要な遺伝子を発現し、そして泌乳はそれらの発現を上昇させる。本研究で著者らは、骨細胞でのCtsk欠損が泌乳期に観察される骨小腔面積や破骨細胞数の上昇、海綿骨量や皮質厚の減少、骨の脆弱化を阻止されたことを示す。さらに、骨細胞におけるCtsk欠損は骨でのPTHrP発現を増加させ、泌乳により誘導される血清中PTHの減少を阻止したが、血清中1,25(OH)2Dの増加をさらに増大させた。これらの変化の結果、骨細胞でのCtsk欠損マウスでも血清中と乳汁中のカルシウム量が正常範囲に維持され、そのことにより新生仔においても正常な骨格発生が維持された。本研究は、生理的条件下の泌乳における骨細胞性骨小腔周囲リモデリングの基本的な役割を明らかにし、骨細胞由来のCtskが骨細胞性骨小腔周囲リモデリングだけでなく、泌乳に関連した高いカルシウム需要に応答したPTHやPTHrP、1,25(OH)2D、破骨細胞分化、骨量減少の制御にも寄与するという遺伝的証拠を示した。

    多発性骨髄腫

    リプログラムされた骨髄脂肪細胞は骨髄腫誘導性の骨疾患に関与する

    原題:

    Reprogrammed marrow adipocytes contribute to myeloma-induced bone disease

    著者:

    Huan Liu, Jin He, Su Pin Koh, YupingZhong, Zhiqiang Liu, Zhiqiang Wang, Yujin Zhang, Zongwei Li, Bjorn T. Tam, PeiLin, Min Xiao, Ken H. Young, Behrang Amini, Michael W. Starbuck, Hans C. Lee,Nora M. Navone, Richard E. Davis, Qiang Tong, P. Leif Bergsagel, Jian Hou, QingYi, Robert Z. Orlowski, Robert F. Gagel, Jing Yang

    雑誌:

    Sci Transl Med, 11, eaau9087 (2019)

    POINT!

    多発性骨髄腫における骨溶解性病変の特徴は、治療が成功した後でも骨病変の回復に失敗することである。著者らは、治療に成功した患者の骨を調べ、骨髄脂肪細胞数は変わらないものの、骨吸収領域の海綿骨近傍に脂肪細胞が存在することを見出した。正常骨髄脂肪細胞と骨髄腫細胞とを共存培養すると、骨髄脂肪細胞がリプログラミングされ、破骨細胞と骨芽細胞の分化に影響するアディポネクチンやTNF-αなどのアディポカイン産生が変化した。これらの脂肪細胞では、PRC2がPPARγプロモーターにリクルートされることによってヒストンH3K27のトリメチル化を誘導し、PPARγ発現が減少する。著者らはマウスモデルにおいて、PRC2の構成因子でヒストンメチル基転移酵素活性をもつEZH2の脂肪細胞特異的欠損が脂肪細胞のリプログラミングを妨げ、骨髄腫細胞移植によって誘導された骨病変から回復することを証明し、PPARγプロモーターにおけるメチル化の重要性を確認した。さらに著者らは寛解期患者における骨病変数と骨髄脂肪細胞におけるEZH2発現との正の相関を実証した。これらの結果は、骨髄腫に関連した骨病変の発生における脂肪細胞の役割や、脂肪細胞リプログラミングを反転させることによって骨病変が治療できる可能性を明らかにした。

    PD-1

    PD-L1/CD80シス結合によるPD-1機能の抑制は、至適なT細胞応答に必要とされる

    原題:

    Restriction of PD-1 functionby cis-PD-L1/CD80 interactions is required for optimal T cell responses

    著者:

    Daisuke Sugiura, Takumi Maruhashi,Il-mi Okazaki, Kenji Shimizu, Takeo K. Maeda, Tatsuya Takemoto, Taku Okazaki

    雑誌:

    Science 364: 558-556 (2019)

    POINT!

    抑制性の免疫補助受容体であるPD-1は、自己組織やがん細胞を攻撃するT細胞を強力に抑制するが、通常の免疫応答を抑制しない機構は不明だった。今回、筆者らは、CD80がPD-L1と結合することによって、PD-1/PD-L1結合が阻害されることを明らかにした。そのため、PD-1によるT細胞応答の抑制がなくなり、T細胞は正常に活性化されることがわかった。更に、CD80とPD-L1にそれぞれアミノ酸変異を導入したノックインマウスを作製した。これらのマウスにおいては、CD80とPD-L1が結合できず、PD-1/PD-L1結合による抗原特異的T細胞の活性化が顕著に抑制された。本研究により、PD-1は感染免疫応答などの生体に有益な免疫反応を抑制せずに、自己免疫疾患やがん免疫応答を選択的に抑制する機構が明らかになった。新たな自己免疫疾患の治療法開発につながることが期待される。

    骨髄線維症

    骨髄線維症において破骨細胞はクローナルであり、機能が障害されている

    原題:

    Myelofibrosis osteoclasts areclonal and functionally impaired

    著者:

    Ivo Veletic, Taghi Manshouri, AshaS. Multani, C. Cameron Yin, Lei Chen, Srdan Verstovsek and Zeev Estrov

    雑誌:

    Blood, 133: 2320-2324 (2019)

    POINT!

    骨髄線維症の患者の骨では骨硬化がしばし観察されるが、その発生機序は不明な点が多い。著者らは、50名の骨髄線維症患者の骨髄生検を解析し、破骨細胞の数が増加傾向にあること、破骨細胞がJAK2またはCALR(calreticulin)の変異を有していることを見出した。骨髄線維症患者の末梢血から誘導した破骨細胞は、健常者と比較してサイズが小さく、アクチンリングも不明瞭で、in vitroにおける骨吸収能が低下していた。以上から、破骨細胞の機能不全が骨髄線維症における骨硬化メカニズムの一端を担う可能性が示唆された。

    リンパ洞マクロファージ

    リンパ節間葉系細胞とリンパ管内皮細胞はRANK-RANKL axisを介してリンパ洞マクロファージ微小環境の形成に関与する

    原題:

    Lymph Node Mesenchymal andEndothelial Stromal Cells Cooperate via the RANK-RANKL Cytokine Axis to Shapethe Sinusoidal Macrophage Niche

    著者:

    Adouramane Camara, Olga G. Cordeiro,Farouk Alloush, Janina Sponsel, Mélanie Chypre, Lucas Onder ,Kenichi Asano,Masato Tanaka, Hideo Yagita, Burkhard Ludewig, Vincent Flacher, Christopher G.Mueller

    雑誌:

    Immunity, doi: 10.1016/j.immuni.2019.05.008(2019)

    POINT!

    リンパ洞マクロファージ(SM)は辺縁洞マクロファージ(SSM)と髄洞マクロファージ(MSM)に分類され、自然免疫、獲得免疫の両方に関与する。筆者らはCcl19-Cre RANKLfl/fl (RANKLΔCcl19)miceを用いて、リンパ組織オーガナイザー細胞と辺縁細網細胞に発現するRANKLを欠損させるとSSMとMSNが減少することを示した。さらにこのRANKLΔCcl19 マウスでは、ウイルス感染時における胚中心形成や形質細胞分化が阻害されることも示した。SM特異的にRANKを欠損するCD169-Cre RANKfl/fl (RANK ΔCd169)マウスを解析したところ、SSMは減少するがMSNは変化がなかった。このことからSSMの分化はRANKLによって直接的に促進されることが示された。次に筆者らはProx1-CreERT2 RANKfl/fl (RANKΔProx1)miceを解析し、胚形成期と新生仔期にかけては、リンパ管内皮細胞に発現するRANKがSSMとMSMの分化に必要であることを示した。さらにRANKΔProx1を解析しリンパ管内皮細胞のRANK発現は炎症後に減少したSMの復元に必要であることを示した。以上より、リンパ組織の間葉系細胞とリンパ管内皮細胞は連携して、SM分化と炎症後の復元を支持する機能を持つことが判明した。

    造血幹細胞移植

    長期ex vivo造血幹細胞の増殖により前処置なしの移植が可能となる

    原題:

    Long-term ex vivohaematopoietic-stem-cell expansion allows nonconditioned transplantation

    著者:

    Adam C. Wilkinson, Reiko Ishida,Misako Kikuchi, Kazuhiro Sudo, Maiko Morita, Ralph Valentine Crisostomo, RyoYamamoto, Kyle M. Loh, Yukio Nakamura, Motoo Watanabe, Hiromitsu Nakauchi &Satoshi Yamazaki

    雑誌:

    Nature doi: 10.1038/s41586-019-1244-x (2019)

    POINT!

    造血幹細胞(haematopietic stem cell: HSC)は、移植後生体内で様々な血液細胞へ分化する能力を有し、免疫不全症や白血病の治療に用いられる。よって、体外で機能的なHSCを大量に増殖させる技術が求められているが、いまだ確立されていない。筆者らは、アルブミンを使用しない培養系を確立し、long-term HSCの大量培養に成功した。アルブミンの代替としてポリビニルアルコールを培養液に添加し、至適条件にて培養することで、機能的HSCがおよそ1ヶ月で236〜899倍に増殖した。それらの細胞は放射線照射をしていないマウスの生体内で長期にわたり定着し、様々な免疫細胞に分化することが確かめられた。したがって、これらの所見は基礎的幹細胞研究および臨床血液学の観点から重要な示唆をもたらす。

    筋肉幹細胞

    系列追跡実験によりストレス下でクローン増殖をする予備筋幹細胞能をもつサブセットが明らかにされた

    原題:

    Lineage Tracing Reveals a Subset of Reserve Muscle Stem Cells Capable of Clonal Expansion under Stress

    著者:

    Annarita Scaramozza, Dongsu Park, Swapna Kollu, Isabel Beerman, Xuefeng Sun, Derrick J. Rossi, Charles P. Lin, David T. Scadden, Colin Crist, and Andrew S. Brack

    雑誌:

    Cell Stem Cell 24: 944-957 (2019)

    POINT!

    幹細胞の不均一性は組織恒常性および修復に機能的に関連があると考えられているが、筋サテライト細胞サブセットの調節はほとんど不明であった。著者らは、in vivoにおいて誘導性Mx1-Cre遺伝子でラベルされたPax7+筋サテライト細胞の少数のサブセットが、Pax3を高発現し、かつreactiveoxygen species (ROS)レベルが低いことを見出した。Mx1+筋サテライト細胞は、移植時に強力な幹細胞活性を有していたが、量が比較的少ないため、内因性の筋肉修復時の寄与は最小限に留まることがわかった。一方、Mx1+筋サテライト細胞が劇的にクローン拡大を行うことで、放射線ストレスの選択的圧力による筋肉修復およびニッチ再増殖などへの貢献を可能にし、これは予備幹細胞(reserve stem cell, RSC)としての機能を有する細胞だと考えられた。Pax3を欠失させると、RSCのROS含有量が増加し、生存および放射線照射ストレス耐性を減少させた。これらの知見は、Pax7+筋サテライト細胞プールが、厳しいストレス下でもクローン増殖できる耐放射線性RSC集団を含んでいることを示した。

    副甲状腺ホルモン

    副甲状腺ホルモンはレプチン受容体で標識される間葉系集団の細胞運命を脂肪細胞から骨芽細胞系列へとシフトする

    原題:

    Parathyroid Hormone Shifts Cell Fate of a Leptin Receptor–Marked Stromal Population from Adipogenic to Osteoblastic Lineage

    著者:

    Mengyu Yang, Atsushi Arai, Nobuyuki Udagawa, Lijuan Zhao, Daisuke Nishida, Kohei Murakami, Toru Hiraga, Ryoko Takao-Kawabata, Koichi Matsuo, Toshihisa Komori, Yasuhiro Kobayashi, Naoyuki Takahashi, Yukihiro Isogai, Toshinori Ishizuya, Akira Yamaguchi, Toshihide Mizoguchi

    雑誌:

    J Bone Miner Res. doi: 10.1002/jbmr.3811.(2019)

    POINT!

    副甲状腺ホルモン(PTH)の間欠投与(iPTH)は同化作用を誘発し、骨粗鬆症性骨量減少が抑えられることが知られている。しかし、PTHストローマの増殖やそれらの骨芽細胞系譜への成熟を刺激するメカニズムは不明である。マウスを用いた系列追跡実験により、iPTH処理は、レプチン受容体(LepR)-Creで標識される骨髄(BM)間葉系幹細胞(MSPC)の骨芽細胞分化を誘導したことがわかった。これは、PTH誘導性骨同化作用の一部がMSPCの骨芽細胞の関与のために発揮されることを示唆したが、これらの過程のin vivoにおける詳細についてはほとんど知られていない。著者らはLepR+ MSPCがiPTH処理に応答してI型コラーゲン(Col1)陽性成熟骨芽細胞に分化することを示した。骨芽細胞形成に伴い、Col1+成熟骨芽細胞の数は骨表面周辺で増加しており、それらのほとんどは増殖が停止している細胞であった。しかしながら、増殖状態にあるLepR-Cre標識細胞の数は、iPTH処理後に骨組織の近傍で増加した。骨芽細胞のマーカーであるSp7(Osx)およびCol1の発現レベルもまた、iPTH処理に応答してLepR+MSPC集団において増加した。一方で、脂肪細胞マーカーの発現レベルは、この集団では減少していた。これらの結果は、iPTH処理がLepR+ MSPCの一過性増殖を誘導し、それらの系統分化を脂肪細胞から骨芽細胞に偏らせ、成熟した骨芽細胞集団を形成することを示した。

    破骨細胞

    破骨細胞の発生学的起源

    原題:

    Developmental origin, functional maintenance and genetic rescue of osteoclasts

    著者:

    Christian E. Jacome-Galarza, Gulce I. Percin, James T. Muller, Elvira Mass, Tomi Lazarov, Jiri Eitler, Martina Rauner, Vijay K. Yadav, Lucile Crozet, Mathieu Bohm, Pierre-Louis Loyher, Gerard Karsenty, Claudia Waskow & Frederic Geissmann

    雑誌:

    Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1105-7. (2019).

    POINT!

    成体において血球系細胞は造血幹細胞(HSC)に由来するが、組織常在性マクロファージ(肝臓のクッパー細胞、脳のミクログリア、上皮のランゲルハンス細胞、肺の肺胞マクロファージ)は、HSCとは異なる胎生期の赤血球骨髄系前駆細胞(erythro-myeloid progenitor;EMP)に由来する。EMPは胎生8.5日に卵黄嚢で発生後、E10.5以前に胎仔肝臓に定着し、E16.5頃まで胎仔の赤血球、マクロファージ、顆粒球、単球を産生するが、これらはその後HSC由来の細胞により置換される。クッパー細胞、ミクログリア、ランゲルハンス細胞は殆ど置換されないが、肺胞マクロファージは加齢に伴い徐々に置換されていくことが知られている。しかしながら、骨の組織マクロファージである破骨細胞の起源については、これまで不明な点が多かった。著者らは、EMPと HSCの両方で発現するCsf1r-CreでRANKまたはCsf1rを欠損したマウスでは、歯の萌出不全を伴う重篤な大理石骨病を若齢で発症する一方で、HSC系列のみで発現するFlt3-CreやVav-CreでRANKまたはCsf1rを欠損したマウスでは、歯の萌出は正常であり、若齢(4週齢)において骨に表現系を認めないものの16週齢以降に骨量増加を呈することを見出した。以上から、胎仔〜若齢期にかけてはEMP由来の破骨細胞が機能しており、徐々にHSC由来の前駆細胞により置換されることが示唆された。

    シングルセル解析

    骨髄微小環境のシングルセル解析

    原題:

    The bone marrow microenvironment at single-cell resolution

    著者:

    Anastasia N. Tikhonova, Igor Dolgalev, Hai Hu, Kishor K. Sivaraj, Edlira Hoxha, Álvaro Cuesta-Domínguez, Sandra Pinho, Ilseyar Akhmetzyanova, Jie Gao, Matthew Witkowski, Maria Guillamot, Michael C. Gutkin, Yutong Zhang, Christian Marier, Catherine Diefenbach, Stavroula Kousteni, Adriana Heguy, Hua Zhong, David R. Fooksman, Jason M. Butler, Aris Economides, Paul S. Frenette, Ralf H. Adams, Rahul Satija, Aristotelis Tsirigos & Iannis Aifantis

    雑誌:

    Nature. doi: 10.1038/s41586-019-1104-8. (2019)

    POINT!

    骨髄微小環境は造血に重要な役割を果たしていることは明らかではあるものの、分子的な相互作用やストレスに対する反応についての詳細は不明である。この報告では、定常状態と5-FUストレス下での骨髄に存在する細胞をシングルセルレベルで解析した。この解析により、骨髄ニッチ細胞の不均一性が明らかとなり、造血促進性成長因子、ケモカインおよび膜結合リガンドの細胞起源がわかった。データによると、ストレス条件下ではニッチ要素の相当な転写リモデリングが起きており、脂肪細胞に偏った血管周囲細胞も観察された。ストレス誘発性変化の中で、血管のNotchのリガンドであるDelta likeリガンドが負に制御されていた。血管のDll4がなくなると、造血幹細胞の骨髄性転写プログラムが未熟なうちに誘導され、細胞分化がミエロイド系細胞に偏ることがわかった。このようなシングルセル解析によって、骨髄ニッチがストレスに対して反応性が高く、不均一な集団であることが判明した。

    骨格幹細胞

    グルタミン酸代謝は骨格幹細胞の増殖及び分化系列決定を制御する

    原題:

    Glutamine Metabolism Regulates Proliferation and Lineage Allocation in Skeletal Stem Cells

    著者:

    Yilin Yu, Hunter Newman, Leyao Shen, Deepika Sharma, Guoli Hu; Anthony J Mirando, Hongyuan Zhang, Everett Knudsen, Guo-Fang F Zhang, Matthew J Hilton and Courtney M Karner

    雑誌:

    Cell Metb., 29: 966–978 (2019)

    POINT!

    骨格幹細胞(Skeletal stem cell, SSC)が骨芽細胞の供給源として見なされてきたが、特定の条件下ではSSCの機能維持に影響がある。その結果、骨芽細胞が減少し、骨粗鬆症に罹患する場合もある。グルタミン代謝が様々な病態に関わっていることが報告されているので、筆者らはSSCにおけるグルタミン代謝に着目し、SSCの分化及び維持の制御について研究を行った。グルタミナーゼ(GLS)はグルタミンからグルタミン酸を産生し、グルタミン代謝における律速酵素である。マウス(PrxCre;Glsfl/fl)にSSC特異的Glsを欠損させると、野生型マウスと比べ、骨量が有意に減少した。更にin vitroでは、グルタミン代謝産物であるケトグルタル酸は、SSCが脂肪細胞への分化を抑制し、骨芽細胞への分化及びSSCの維持に重要であることがわかった。以上から、GLS活性を刺激しグルタミン代謝を亢進させることが、骨芽細胞や骨量を増やすための新たな治療手段として期待できる。

    骨転移

    骨血管微小環境のE-selectinは間葉-上皮転換とWntシグナル活性化を誘導し骨転移を促進する

    原題:

    Bone vascular niche E-selectin induces mesenchymal-epithelial transition and Wnt activation in cancer cells to promote bone metastasis

    著者:

    Mark Esposito, Nandini Mondal, Todd M. Greco, Yong Wei, Chiara Spadazzi, Song-Chang Lin, Hanqiu Zheng, Corey Cheung, John L. Magnani, Sue-Hwa Lin, Ileana M. Cristea, Robert Sackstein, and Yibin Kang

    雑誌:

    Nat. Cell Biol., doi: 10.1038/s41556-019-0309-2. (2019)

    POINT!

    播種したがん細胞が遠隔臓器のストローマでどのように進展するかは、転移における重要なプロセスであるが、十分な理解はされていない。過去の報告では上皮-間葉転換によるがん幹細胞の性質が転移の初期段階に必要である一方で、逆の間葉-上皮転換は転移先のがん細胞の成長に必要であることが示されている。筆者らは骨血管微小環境におけるE-selectinが、がん細胞の間葉-上皮転換と幹細胞の性質という逆説的な状況を誘導することを示した。E-selectinはがん細胞と直接結合し、間葉-上皮転換とWntシグナル活性化を誘導する。E-selectinの接着活性はα1-3フコシル基転移酵素(Fut3、Fut6)とGlg1に関連し、骨転移の形成に影響する。これらの知見は骨転移における骨血管微小環境のE-selectinの重要性を示すものである。

    骨肉腫

    骨膜間葉系前駆細胞でLkb1を欠失させるとmTORC活性化を介した骨原性腫瘍を誘発する

    原題:

    Lkb1 deletion in periosteal mesenchymal progenitors induces osteogenic tumors through mTORC1 activation.

    著者:

    Yujiao Han, Heng Feng, Jun Sun, Xiaoting Liang, Zhuo Wang, Wenhui Xing, Qinggang Dai, Yang Yang, Anjia Han, Zhanying Wei, Qing Bi, Hongbin Ji, Tiebang Kang and Weiguo Zou

    雑誌:

    Blood, 133: 1619-1629. (2019)

    POINT!

    骨肉腫の由来や、悪性化のメカニズムは不明な点が多い。著者らは、LKB1キナーゼをコードするがん抑制遺伝子STK11をCathepsin k(Ctsk)-Creで欠損したマウスでは、骨肉腫様の腫瘍病変を発症することを見出した。細胞系譜解析により、骨膜に存在するCtsk陽性の間葉系幹細胞が、腫瘍の原因細胞であることが示された。LKB1キナーゼを欠損した骨膜間葉系幹細胞ではmTORC1が活性化し、細胞増殖や骨芽細胞分化が亢進しており、mTORC1の阻害は骨肉腫様病変の進展を抑制した。以上より、Ctsk陽性骨膜間葉系幹細胞は骨肉腫の起源の一つであり、LKB1-mTORC経路が骨肉腫の有用な治療標的となる可能性が示唆された。

    骨格形成

    骨細胞は強い咀嚼によって活性化され頑強な顎骨を形造る

    原題:

    Forceful mastication activates osteocytes and builds a stout jawbone.

    著者:

    Inoue M, Ono T, Kameo Y, Sasaki F, Ono T, Adachi T, Nakashima T.

    雑誌:

    Sci Rep. doi: 10.1038/s41598-019-40463-3 (2019)

    POINT!

    咀嚼力の大小と顎の形との間には密接な関係があるといわれているが、強く噛むことが顎骨形態にどのような影響をおよぼすのかは不明であった。著者らは通常飼料よりも圧縮強さが大きい飼料を作製し、それを摂取したマウス(咀嚼強化マウス)の解析を行った。咀嚼強化マウスでは大脳皮質運動野が活性化、咀嚼回数・時間が増加し、咀嚼筋の筋線維幅径が増大した。咀嚼強化が顎骨形態に及ぼす影響をコンピューターシミュレーションしたところ、咬筋停止部の突出と下顎枝の短縮が起こり、顎骨に発生する応力が減少すると予測された。マイクロCT解析により、この予測と一致した変化が認められた。咀嚼強化マウスの顎骨では骨細胞におけるIgf1の発現上昇とSostの発現低下がみられた。培養腱細胞に伸展刺激を与えた骨細胞の培養上清を添加したところ、骨芽細胞分化が促進され、IGF-1に対する中和抗体によりこの促進効果は消失した。以上より、咀嚼強化により下顎骨骨細胞のIGF-1増加とSclerostin低下がおこり、強い力に耐えられるよう形態が変化することが示された。

    骨折治癒

    慢性的な社会心理学的ストレスはβ-アドレンリン受容体シグナルを介して骨折治癒過程における免疫応答と軟骨内骨化を抑制する

    原題:

    Chronic psychosocial stress compromises the immune response and endochondral ossification during bone fracture healing via β-AR signaling.

    著者:

    Haffner-Luntzer M, Foertsch S, Fischer V, Prystaz K, Tschaffon M, Mödinger Y, Bahney CS, Marcucio RS, Miclau T, Ignatius A, Reber SO

    雑誌:

    Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. doi: 10.1073/pnas.1819218116 (2019)

    POINT!

    慢性的な心理的ストレスは免疫系の変調や骨折リスクの増加につながる。著者らはストレスによる免疫応答の変化が骨折治癒に影響すると考えた。慢性的従属集団飼育 (CSC) モデルによりマウスに慢性的ストレスを誘発したところ、血清中のIL-6、CXCL1、CCL2の発現が上昇した。骨折後早期の血清中のIL-6、CXCL1や骨折部位に形成される血腫中のIL-6の濃度は低下した。また、血腫中では好中球が増加し、T細胞が減少した。CSCマウスでは軟骨形成が抑制されることにより骨折治癒が遅延し、骨折部位の肉芽組織・仮骨では交感神経マーカーのチロシンヒドロキシラーゼの発現が高値を示した。アドレナリンβ遮断薬のプロプラノロールを投与したところ、CSCによる血腫中の免疫細胞浸潤の変動や骨折治癒の遅延が消失した。以上より、慢性的な心理的ストレスはβ-アドレンリン受容体を介して骨折時の炎症反応と骨折治癒における軟骨内骨化の両方を制御することが示された。

    幹細胞

    幹細胞の競合は皮膚の恒常性と老化に影響する

    原題:

    Stem cell competition orchestrates skin homeostasis and ageing.

    著者:

    Liu N, Matsumura H, Kato T, Ichinose S, Takada A, Namiki T, Asakawa K, Morinaga H, Mohri Y, De Arcangelis A, Geroges-Labouesse E, Nanba D, Nishimura EK

    雑誌:

    Nature 568, 344-350 (2019)

    POINT!

    幹細胞は組織の恒常性に重要であるが、老化の過程でどのように変化するかはよく分かっていない。著者らは皮膚の加齢変化における幹細胞の挙動に着目し、老齢マウスの表皮を解析した。同部位では上皮の萎縮や色素異常とともにヘミデスモソームの減少を認めた。各種ヘミデスモソームタンパク質のうち、17型コラーゲン(Col17a1)は老化に伴い発現が低下していた。Col17a1の発現は各種ゲノム/酸化ストレスにより減少した。Brainbowを用いて表皮基底細胞の多色標識解析を行ったところ、Col17a1発現強度とクローン形成能との間に正の相関が見出された。ケラチノサイト特異的Col17a1欠損マウスではBrainbowで標識された細胞が基底層から高頻度に剥離していた。Col17a1陽性基底細胞と陰性細胞の分裂像を詳細に検討したところ、前者が基底膜に平行に分裂する(基底層に維持される)一方、後者は基底膜に垂直に分裂する(基底膜より剥離する)ことが判明した。ヒトCOL17A1遺伝子を過剰発現させたCOL17A1Tgマウスでは、老齢マウスの上皮でも前者の分裂様式が高頻度に認められた。また、加齢に伴うメラノサイトの剥離や基底膜直下のPDGFRα陽性線維芽細胞の減少もCol17a1低下によるものであった。以上より、Col17a1は上皮幹細胞やメラノサイトを基底膜に繋留し、傷害された幹細胞を除去することで皮膚の恒常性を保つことが明らかになった。

    睡眠

    睡眠は造血を調節し動脈硬化を防ぐ

    原題:

    Sleep modulates haematopoiesis and protects against atherosclerosis

    著者:

    Cameron S. McAlpine, Máté G. Kiss, Sara Rattik, Shun He, Anne Vassalli, Colin Valet, Atsushi Anzai, Christopher T. Chan, John E. Mindur, Florian Kahles, Wolfram C. Poller, Vanessa Frodermann, Ashley M. Fenn, Annemijn F. Gregory, Lennard Halle, Yoshiko Iwamoto, Friedrich F. Hoyer, Christoph J. Binder, Peter Libby, Mehdi Tafti, Thomas E. Scammell, Matthias Nahrendorf and Filip K. Swirski

    雑誌:

    Nature. 566, 383–387 (2019)

    POINT!

    睡眠不足や睡眠障害は心血管疾患を含む複数の疾患リスクを増加させるが、この過程における分子・細胞のメカニズムについてはほとんどわかっていなかった。本研究で著者らは、マウスにおいて睡眠が造血を調節し、アテローム性動脈硬化症を防ぐことを発見した。睡眠断片化を受けた動脈硬化モデルマウス(Apoe欠損マウス)では、Ly6Chigh単球や好中球が増加し、アテローム性動脈硬化層の形成が促進され、そこにLy6Chigh単球や好中球、マクロファージなどが集積していた。さらに著者らは視床下部における睡眠に関連した因子の発現を調べ、視床下部外側野で発現し覚醒を調節する神経ペプチドであるヒポクレチン(オレキシン)の産生が低下していることを見出した。ヒポクレチン受容体は骨髄において好中球前駆細胞のみが発現しており、好中球前駆細胞によるCSF1の産生を抑制することによりミエロイド系細胞産生を制御することがわかった。ヒポクレチン欠損マウスやヒポクレチン受容体欠損マウスの骨髄細胞を移植したマウスではアテローム性動脈硬化症が亢進していた。一方でCSF1欠損マウスの骨髄細胞を移植したマウスに対する睡眠断片化や、睡眠断片化マウスに浸透圧ポンプを用いてヒポクレチンを連続的に補給すると、単球数が減少しアテローム性動脈硬化病変が減少した。以上の結果から、睡眠と造血やアテローム性動脈硬化症に関連する神経免疫軸の存在が示唆された。

    H型血管内皮細胞

    血管内皮細胞によるタンパク質分解活性や血管内皮細胞と骨吸収をしていない破骨細胞との相互作用は骨の伸長にかかわる

    原題:

    Endothelial proteolytic activity and interaction with non-resorbing osteoclasts mediate bone elongation

    著者:

    Sara G. Romeo, Khadija M. Alawi, Julia Rodrigues, Amit Singh, Anjali P. Kusumbe and Saravana K. Ramasamy

    雑誌:

    Nat Cell Biol. 21, 430–441 (2019)

    POINT!

    成長板軟骨は、哺乳類における多種多様な形状およびサイズの骨格形成に寄与する。しかしながら、軟骨の除去がどのように制御されるかということや、このプロセスが骨の形状をどのように調節するかに関してはよくわかっていなかった。本研究で著者らは、骨吸収をしていない破骨細胞サブタイプが骨幹端の成長板直下でH型血管内皮細胞に付随して存在することを見出し、血管関連破骨細胞(VAO)と名付けた。TRAPやインテグリンβ3はVAOでも発現していた一方、カテプシンKの発現や細胞のサイズは通常の(骨表面の)破骨細胞と比較して低く、核数も主に単核から2核であった。さらに、内皮細胞特異的なRANKL欠損マウスの解析から、骨軟骨境界部の内皮細胞はRANKLを発現し、VAOの形成を支持することが示された。通常の破骨細胞とは対照的に、VAOは軟骨吸収には重要ではない一方、H型血管の吻合を調節する。重要なことに、細胞特異的Mmp9欠損マウスの解析から、破骨細胞ではなく内皮細胞から産生されるMmp9が、軟骨を吸収して正常な骨成長の方向性を誘導するために必要不可欠であることが見出された。血管内皮細胞特異的Dll4欠損によりH型内皮細胞やVAOが減少し、さらにアレンドロネートにより血管の伸長を促進し破骨細胞を抑制することで新生血管の配向が乱れ、著しく歪んだ骨形状に至ることが示された。以上から、内皮細胞のタンパク質分解能が軟骨分解・骨の伸長に重要な役割を担い、VAOは主にH型血管内皮の芽状突起間の吻合を促進することが明らかにされた。

    スクレロスチン

    スクレロスチンの阻害は乳がんの骨転移や筋力低下を抑制する

    原題:

    Sclerostin inhibition alleviates breast cancer–induced bone metastases and muscle weakness

    著者:

    Eric Hesse, Saskia Schröder, Diana Brandt, Jenny Pamperin, Hiroaki Saito and Hanna Taipaleenmäki

    雑誌:

    JCI Insight. doi:10.1172/jci.insight.125543 (2019)

    POINT!

    乳がんの骨転移はしばしば、骨溶解性病変や筋力低下を伴う治療不能な状態を引き起こす。著者らは骨芽細胞分化および骨形成を抑制する可溶性Wnt阻害剤であるスクレロスチンの発現と乳がん骨転移の関係性を調べた。まず、非転移性MCF-7乳がん細胞株と比較して、転移性のMDA-MB-231乳がん細胞株はスクレロスチンを有意に高く発現しており、Sostに対するsiRNAを導入したMDA-MB-231細胞馴化培地はコントロール細胞馴化培地で誘導される骨芽細胞でのWntシグナル抑制を回復させた。また、スクレロスチンは健康な乳房組織では発現していなかったが、21%の原発性乳がんでスクレロスチンの発現が検出され、さらにより多くのトリプルネガティブやホルモン受容体陰性の乳がん組織でスクレロスチンの発現が確認された。重要なことに、乳がん骨転移モデルマウスでは、抗スクレロスチン抗体(Scl-Ab)により骨転移が抑制され、骨芽細胞による骨形成を上昇させ、破骨細胞による骨吸収を減少させることによって、がん細胞誘導性骨破壊を阻害した。一方、Scl-Abは肺や脳などの骨以外の部位における転移には影響しないことも示された。骨転移が進行する間、溶骨性骨吸収に伴って骨から放出されたTGF-b1により、筋肉ではNF-kBやp38シグナル伝達を介したPax7陽性サテライト細胞の増加を伴う筋線維の萎縮や筋力低下が引き起こされるが、Scl-Ab投与によりNF-kB・p38シグナル伝達、Pax7陽性細胞数、筋肉機能を正常化させ、乳がん骨転移モデルマウスの生存率を上昇させた。以上の結果から、Scl-Abが乳がん患者における筋骨格系合併症を治療するための新たな選択肢となる可能性が示された。

    変形性関節症

    コレステロール代謝系であるCH25H–CYP7B1–RORαは変形性関節症を制御する

    原題:

    The CH25H–CYP7B1–RORα axis of cholesterol metabolism regulates osteoarthritis

    著者:

    Wan-Su Choi, Gyuseok Lee, Won-Hyun Song, Jeong-tae Koh, Jiye Yang, Ji-Sun Kwak, Hyo-eun Kim, Seul Ki Kim, Young-Ok Son, Hojung Nam, Iljung Jin, Zee-Yong Park, Jiyeon Kim, In Young Park, Jeong-Im Hong, Hyun Ah Kim, Churl-Hong Chun, Je-Hwang ryu & Jang-Soo Chun

    雑誌:

    Nature. doi:10.1038/s41586-019-0920-1. Issue Date:2019 Feb 14

    POINT!

    変形性関節症は多くの場合加齢性の病気であり、軟骨破壊、滑膜炎症、骨棘の形成と肋軟骨の再構成を伴って関節が変形していくが、変形性関節症の原因となる分子メカニズムは不明である。現在、変形性関節症は代謝疾患と関連すると考えられてはいるものの、変形性関節症におけるコレステロール代謝の役割については十分に検討されていない。著者らは軟骨細胞のコレステロール代謝系であるCH25H–CYP7B1–RORαが変形性関節症の病態を制御するための重要な異化制御因子であることを明らかにした。変形性関節症の軟骨細胞はCH25HCYP7B1などのコレステロール水酸化酵素の取り込みが増加しており、コレステロールが多い状態となっていた。さらに様々な生理機能を制御するオキシステロール代謝物の産生も増加していた。CH25HまたはCYP7B1を過剰発現させると実験的にマウスに変形性関節症を引き起こすことができ、一方でCH25HまたはCYP7B1をノックアウト、またはノックダウンさせると変形性関節症の症状を抑制することができた。さらにRORαがコレステロール代謝を変化させ、変形性関節症の誘導に関係していることを見出した。これらの結果から、変形性関節症は代謝障害に関連する疾患であろうことが示され、CH25H–CYP7B1–RORαの系が変形性関節症の治療標的になることが示唆された

    毛細血管ネットワーク

    長管骨における血液循環を担う経皮質骨毛細血管ネットワークの発見

    原題:

    A network of trans-cortical capillaries as mainstay for blood circulation in long bones

    著者:

    Grüneboom A, Hawwari I, Weidner D, Culemann S, Müller S, Henneberg S, Brenzel A, Merz S, Bornemann L, Zec K, Wuelling M, Kling L, Hasenberg M, Voortmann S, Lang S, Baum W, Ohs A, Kraff O, Quick HH, Jäger M, Landgraeber S, Dudda M, Danuser R, Stein JV, Rohde1 M, Gelse K, Garbe A, Adamczyk A, Westendorf AM, Hoffmann D, Christiansen S, Engel DR, Vortkamp A, Krönke G, Herrmann M, Kamradt T, Schett G, Hasenberg A and Gunzer M.

    雑誌:

    Nature Metabolism. 1: 236–250. (2019)

    POINT!

    骨には骨髄中の免疫細胞が骨髄外へと遊走する出口が存在するはずだが、その詳細な経路や構造は不明であった。著者らは、好中球の骨髄からの遊走ルートを明らかにすることを目的とし、透明化試薬CLEARを用いて透明化した骨を、光シート顕微鏡や二光子レーザー顕微鏡、走査電子顕微鏡、マイクロCTを用いて詳細に観察したところ、何百もの毛細血管が骨髄から皮質骨を垂直に貫通し、骨膜循環系と交通していることを見出した。この経皮質骨血管は動脈および静脈を含み、好中球の輸送に寄与していた。ヒトの長管骨にも同様に経皮質骨血管が存在した。動脈血の80%以上、静脈血の59%以上が経皮質骨血管を通過しており、既知の栄養血管や類洞などの血管系よりも多くの血流量を含んでいた。この経皮質骨血管の数の制御には破骨細胞が関与しており、ゾレドロネートの投与は経皮質骨血管数を減少させた。また、関節炎モデルマウスでは数週間のうちに経皮質骨血管が新生されることが明らかとなった。本知見より、経皮質骨血管は骨循環系の中心的な構成要素であり、免疫細胞の輸送にも寄与することが示唆された。

    脳Treg

    脳内制御性T細胞はアストログリオーシスを抑制し神経症状回復を促進する

    原題:

    Brain regulatory T cells suppress astrogliosis and potentiate neurological recovery

    著者:

    Ito M, Komai K, Mise-Omata S, Iizuka-Koga M, Noguchi Y, Kondo T, Sakai R, Matsuo K, Nakayama T, Yoshie O, Nakatsukasa H, Chikuma S, Shichita T, Yoshimura A.

    雑誌:

    Nature 565: 246-250. (2019)

    POINT!

    脳梗塞の慢性期における免疫系の役割は不明であった。今回著者らは、マウス脳梗塞モデルの慢性期においてTregが脳内に集積し、脳Tregと呼ぶべきユニークな性質を獲得することで、アストログリオーシス(アストロサイトの異常な活性化および増殖)を抑制することを見出した。脳Tregは他の組織のTregとは異なり、神経系に特徴的なセロトニン受容体を発現しており、セロトニンによって増殖・活性化した。抗うつ薬として広く使用されている選択的セロトニン再取り込み阻害薬(SSRI)の投与は、脳内でセロトニン濃度を増加させることで脳Tregを活性化し、脳梗塞モデルの神経症状を回復させた。以上の結果より、脳Tregが神経炎症の制御において重要な役割を担うことが示唆された。今後、他の様々な神経疾患における脳Tregの役割の解明が期待される。

    TLR

    慢性的なTLR7とTLR9シグナルは特殊化した血球貪食細胞を分化させることで貧血を誘導する

    原題:

    Chronic TLR7 and TLR9 signaling drives anemia via differentiation of specialized hemophagocytes

    著者:

    Holly M. Akilesh, Matthew B. Buechler, Jeffrey M. Duggan, William O. Hahn, Bharati Matta, Xizhang Sun, Griffin Gessay, Elizabeth Whalen, Michael Mason, Scott R. Presnell, Keith B. Elkon, Adam Lacy-Hulbert, Betsy J. Barnes, Marion Pepper, Jessica A. Hamerman

    雑誌:

    Science. doi: 10.1126/science.aao5213 (2019)

    POINT!

    炎症性疾患や感染は稀に貧血や血小板減少症を誘導するが、その原因は不明である。赤血球の分解は赤脾髄マクロファージ(Red pulp macrophage: RPM)が中心的な役割を担い、その分化には転写因子Spi-Cが必要である。今回、筆者らはToll-like receptor 7 (TLR7)シグナルが赤血球を貪食するマクロファージを分化誘導することを発見し、この細胞をinflammatory hemophagocytes (iHPCs)と命名した。iHCPは高い赤血球貪食能を有し、Spi-Cを発現していた。そのためRPMと近縁な細胞と考えられたが、遺伝子発現などの解析から両者は全く異なる細胞集団であることが示唆された。また、TLR7だけでなくTLR9iHCPの分化を誘導した。iHPCの分化には両者の下流で制御される転写因子IRF5が必要であったが、Spi-Cは不要であった。生体内にてLy6Chi単球を除去することでiHPC依存的な貧血および血小板減少症が改善され、Ly6Chi単球がiHPCの前駆細胞であると示唆された。マラリアの弱毒株であるPlasmodium yoelii 17XNLの感染によってiHPCの増加と赤血球および血小板の減少が認められた。さらに、TLRシグナル伝達に必須のアダプタータンパク質であるMyd88を欠損したマウスでは、感染時におけるiHPCの分化が障害され、貧血が改善した。したがって、新たに同定されたiHPCが炎症および感染時における血球減少症の一因であると考えられた。

    繊維化

    PU.1は線維芽細胞の極性と組織線維化を調節する

    原題:

    PU.1 controls fibroblast polarization and tissue fibrosis

    著者:

    Thomas Wohlfahrt, Simon Rauber, Steffen Uebe, Markus luber, Alina Soare, Arif Ekici, Stefanie Weber, Alexandru-Emil Matei, Chih-Wei Chen, Christiane Maier, Emmanuel Karouzakis, Hans P. Kiener, elena Pachera,
clara Dees, Christian Beyer, Christoph Daniel, Kolja Gelse, Andreas E. Kremer, Elisabeth Naschberger8, Michael Stürzl8, Falk Butter, Michael Sticherling, Susetta Finotto, Alexander Kreuter, Mark H. Kaplan, Astrid Jüngel, Steffen Gay, Stephen l. Nutt, David W. Boykin, Gregory M. K. Poon16, Oliver Distler, Georg Schett, Jörg H. W. Distler &
Andreas Ramming

    雑誌:

    Nature. 566: 344–349 (2019).

    POINT!

    線維芽細胞は器官形成や組織恒常性、免疫反応などにおいて多様な役割をもつ多面的な細胞である。線維性疾患においては、線維芽細胞は多量の細胞外マトリックスを産生し、これらが瘢痕や組織障害を引き起こす。逆に、関節炎において線維芽細胞は、メタロプロテアーゼや分解酵素を放出することで細胞外マトリックスの分解や、その後に見られる組織破壊を引き起こす。これら線維化と炎症における挙動の、一見すると正反対と考えられる線維芽細胞の機能がどのように制御されているのかメカニズムは不明であった。今回筆者らは線維化遺伝子発現プログラムの必須の調節因子として、転写因子PU.1を同定した。様々な線維性疾患の線維化組織でPU.1を発現している細胞の多くは線維芽細胞であることを見出した。PU.1の発現上昇は、線維化に関わる遺伝子セットと細胞外マトリックスを産生する線維化に関わる線維芽細胞へと転換する表現型を誘導する。対して、PU.1を薬剤により阻害したり、遺伝的に不活化したりすると、線維化ネットワークが崩壊する上に、線維化線維芽細胞の静止期線維芽細胞へ再プログラム化できた。PU.1発現コントロールによって、器官線維化からの回復ができる可能性を示した。

    造血幹細胞移植

    注入できる骨髄様の足場は幹細胞移植後のT細胞免疫を増進する

    原題:

    An injectable bone marrow–like scaffold enhances T cell immunity after hematopoietic stem cell transplantation

    著者:

    Nisarg J. Shah, Angelo S. Mao, Ting-Yu Shih, Matthew D. Kerr1, Azeem Sharda, Theresa M. Raimondo, James C. Weaver, Vladimir D. Vrbanac, Maud Deruaz, Andrew M. Tager, David J. Mooney and David T. Scadden

    雑誌:

    Nat. Biotechnol. doi: 10.1038/s41587-019-0017-2. (2019).

    POINT!

    同種造血幹細胞移植は多様な疾患の根治的治療であるが、T細胞の障害や調節不全が問題とされている。著者らは骨髄におけるT細胞分化の場をミミックできるバイオマテリアルベースの足場の構築を報告した。著者らはストロマ細胞を集積させるためのbone morphogenic protein-2BMP-2)とT細胞系列への分化を促進するNotchリガンドDelta-like ligand-4DLL-4)を含む骨髄クライオゲル(bone marrow cryogel, BMC)を作製した。造血幹細胞移植時にマウスへBMC注入すると胸腺のT細胞前駆細胞の生着や、新生、T細胞受容体のレパトア多様性を促進した。末梢のT細胞再構築はマウス骨髄移植では6倍、ヒト異種間骨髄移植で2倍増加した。さらにBMCはドナーのCD4+制御性T細胞の産生や同種骨髄移植後の生存率を上昇させた。T細胞前駆細胞の養子免疫細胞移植と比べて、このBMC療法はドナーのキメリズムを上昇させ、T細胞産生と、ワクチン接種への抗原特異的T細胞反応を亢進した。BMP-2DLL-4を含むBMCT細胞構築と骨髄移植時の移植片対宿主病の軽減をもたらす可能性を示した。

    骨粗鬆症

    ヒトとマウスの骨粗鬆症における遺伝的影響の全体図

    原題:

    An atlas of genetic influences on osteoporosis in humans and mice

    著者:

    John A. Morris, John P. Kemp, Scott E. Youlten, Laetitia Laurent, John G. Logan, Ryan C. Chai, Nicholas A. Vulpescu, Vincenzo Forgetta, Aaron Kleinman, Sindhu T. Mohanty, C. Marcelo Sergio, Julian Quinn, Loan Nguyen-Yamamoto, Aimee-Lee Luco, Jinchu Vijay, Marie-Michelle Simon, Albena Pramatarova, Carolina Medina-Gomez, Katerina Trajanoska, Elena J. Ghirardello, Natalie C. Butterfield, Katharine F. Curry, Victoria D. Leitch, Penny C. Sparkes, Anne-Tounsia Adoum, Naila S. Mannan, Davide S. K. Komla-Ebri, Andrea S. Pollard, Hannah F. Dewhurst, Thomas A. D. Hassall, Michael-John G. Beltejar, 23andMe Research Team, Douglas J. Adams, Suzanne M. Vaillancourt, Stephen Kaptoge, Paul Baldock, Cyrus Cooper, Jonathan Reeve, Evangelia E. Ntzani, Evangelos Evangelou, Claes Ohlsson, David Karasik, Fernando Rivadeneira, Douglas P. Kiel, Jonathan H. Tobias, Celia L. Gregson, Nicholas C. Harvey, Elin Grundberg, David Goltzman, David J. Adams, Christopher J. Lelliott, David A. Hinds, Cheryl L. Ackert-Bicknell, Yi-Hsiang Hsu, Matthew T. Maurano, Peter I. Croucher, Graham R. Williams, J. H. Duncan Bassett, David M. Evans & J. Brent Richards

    雑誌:

    Nat. Genet. 51: 258–266 (2019)

    POINT!

    骨粗鬆症は骨密度低下によって診断される一般的な加齢関連疾患である。筆者らは二重エネルギーX線吸収を用いた骨密度測定法に代わり、超音波装置を使用した推定骨密度測定法によってゲノム関連解析の対象者を426,824人まで増やした。その結果301の新規のlociを含む518の骨密度と相関するlociを同定した。さらに筆者らは13の骨折関連lociを同定し、それらが全て骨密度と相関していることを確認した。さらにHi-C解析やオープンクロマチン領域解析を用いて、これらのlociに骨密度に影響する遺伝子が豊富であることを示した。さらに標的遺伝子を破壊した126の遺伝子欠損マウスをrapid-throughput skeletal phenotypingしたところ対照群と比較して有意に骨に異常認めることを示した。これらのうちDAAM2遺伝子に関しての詳細な解析によって、DAAM2が骨の石灰化にとって重要なタンパク質であることを証明した。以上、筆者らはヒトとマウスにおける骨粗鬆症の遺伝的影響の全体図を作製した。

    マイオカイン

    IrisinaVインテグリン受容体を介して骨と脂肪に影響を及ぼす

    原題:

    Irisin Mediates Effects on Bone and Fat via aV Integrin Receptors

    著者:

    Hyeonwoo Kim, Christiane D. Wrann, Mark Jedrychowski, Sara Vidoni, Yukiko Kitase, Kenichi Nagano, Chenhe Zhou, Joshua Chou, Virginia-Jeni A. Parkman, Scott J. Novick, Timothy S. Strutzenberg, Bruce D. Pascal, Phuong T. Le, Daniel J. Brooks, Alexander M. Roche, Kaitlyn K. Gerber, Laura Mattheis, Wenjing Chen, Hua Tu, Mary L. Bouxsein, Patrick R. Griffin, Roland Baron, Clifford J. Rosen, Lynda F. Bonewald and Bruce M. Spiegelman

    雑誌:

    Cell 175: 1756–1768. (2018)

    POINT!

    Irisinは筋肉から分泌され運動と共に増加し、特に脂肪組織や脳、骨に有益的な効果をもつことが示されている。しかしながら、運動に対する骨格系の応答機構やIrisinの受容体は明らかにされてはいなかった。本研究で著者らは、aVインテグリンが骨細胞や脂肪組織でのIrisin受容体を構成することを見出し、IrisinaV/b5インテグリンの間の結合表面を同定した。aVインテグリンの化学的な阻害により、骨細胞や脂肪細胞でのIrisinシグナルや機能が遮断される。また、Irisinは、骨細胞の生存やスクレロスチンの産生を上昇させる。FNDC5(細胞外領域が切断されて可溶型のIrisinとなる)欠損マウスでは、卵巣摘出による骨細胞性骨溶解が完全に抑制され、骨量減少が観察されなかった。これらの結果は、骨リモデリングにおけるIrisinの重要性を示唆している。

    腸内菌叢

    微生物代謝産物の酪酸は制御性T細胞によるWNT10B発現制御を介して骨形成を促進する

    原題:

    The Microbial Metabolite Butyrate Stimulates Bone Formation via T Regulatory Cell-Mediated Regulation of WNT10B Expression

    著者:

    Abdul Malik Tyagi, Mingcan Yu, Trevor M. Darby, Chiara Vaccaro, Jau-Yi Li, Joshua A. Owens, Emory Hsu, Jonathan Adams, M. Neale Weitzmann, Rheinallt M. Jones and Roberto Pacifici

    雑誌:

    Immunity 49: 1116–1131. (2019)

    POINT!

    これまで、腸内有益菌の補給により骨量減少を防ぐ可能性が示されてきたが、その詳しいメカニズムは不明であった。本研究で著者らは、性腺機能の正常な若齢マウスに対する腸内有益菌Lactobacillus rhamnosus GGLGG)補給の影響を調べ、LGGが骨形成を上昇させることにより海綿骨量を増加させるメカニズムを調べた。LGG摂取後に腸で産生される酪酸、または無菌マウスに経口投与された酪酸は、腸や骨髄の制御性T細胞を増殖させ、骨髄CD8+T細胞と制御性T細胞との相互作用により骨同化作用を有するWnt10bの発現を上昇させた。制御性T細胞はCD8+細胞におけるWnt10b プロモータ上でのNFATc2-SMAD3転写複合体の形成を促進し、それによりWnt10bの発現が促進されることが示された。さらに、Foxp3-hDTRマウスにジフテリア毒素を投与することによって制御性T細胞数を減少させたり、TCRb–/–マウスをWnt10b–/–マウス由来CD8+T細胞と野生型由来のCD4+T細胞により再構成したりすると、LGGや酪酸によって誘発される骨形成や骨量上昇が阻害された。したがって、酪酸は制御性T細胞を介したCD8+T細胞でのWnt10b発現により骨同化作用を調節することが明らかにされた。

    VDR

    マクロファージのビタミンD受容体による偏った分化は骨髄線維症とそれに続く骨硬化症を惹起する

    原題:

    Vitamin D receptor-mediated skewed differentiation of macrophages initiates myelofibrosis and subsequent osteosclerosis

    著者:

    Kanako Wakahashi, Kentaro Minagawa, Yuko Kawano, Hiroki Kawano, Tomohide Suzuki, Shinichi Ishii, Akiko Sada, Noboru Asada, Mari Sato, Shigeaki Kato, Kotaro Shide, Kazuya Shimoda, Toshimitsu Matsui, Yoshio Katayama

    雑誌:

    Blood doi:10.1182/blood-2018-09-876615 (2019)

    POINT!

    JAK2V617Fなどの変異を伴う骨髄増殖性腫瘍(MPN)における骨髄線維症は骨硬化症を合併する。マクロファージが骨芽細胞による骨形成を支持することは示されているが、その詳しいメカニズムは不明であった。本研究で著者らは、骨髄線維症がビタミンD受容体(VDR)シグナル伝達によって偏った分化を示すマクロファージに依存していることを明らかにした。まず、著者らは野生型マウス由来造血幹細胞・造血前駆細胞のVDR欠損マウスへの移植によって骨髄線維症が引き起こされることを発見し、新たなモデルの構築に成功した。これらのモデルでは、ドナー由来のマクロファージがレシピエント由来のa-SMA+筋線維芽細胞と共に増殖し、線維性組織を構成していた。さらに、このモデルマウスに対する低ビタミンD食やドナー細胞のVDR欠損などのVDRシグナルの阻害、クロドロネートリポソームによるマクロファージの除去によって骨髄線維化が抑制された。また、同様にVDRシグナルを低下させることは、JAK2V617FトランスジェニックマウスでのMPNにおける骨髄線維症も改善することが明らかにされた。これらの結果から、VDRシグナルやマクロファージが骨髄線維症を伴うMPNに対する新規の治療標的となりうることが示唆された。

    Sema3A

    骨細胞Sema3Aの自己調節はエストロゲン作用を調整し骨老化を妨げる

    原題:

    Autoregulation of Osteocyte Sema3A Orchestrates Estrogen Action and Counteracts Bone Aging

    著者:

    Mikihito Hayashi, Tomoki Nakashima, Noriko Yoshimura, Kazuo Okamoto, Sakae Tanaka and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Cell Metab doi:10.1016/j.cmet.2018.12.021 (2019)

    POINT!

    骨細胞の生存は骨恒常性の鍵であり、閉経期および加齢期に機能的な障害が誘導されることが知られている。しかしながら、骨細胞を介した骨の維持が、骨吸収を減少させ、骨形成を増強することが知られている分泌タンパク質Sema3Aによってどのように調節されるかは不明のままであった。本研究で著者らは、エストロゲンが骨細胞でのSema3A発現を誘導し、それが骨細胞上の受容体に作用して生存を促進し、骨の恒常性を維持することを明らかにした。

    出生後の全身的および骨芽細胞系列特異的なSema3aの欠失により、著明な骨量減少が誘導された。さらにヒトSEMA3Aの血中量は閉経後に加え、加齢によっても減少することが示された。骨細胞特異的なSema3A欠損マウスやNrp1欠損/変異マウスにおいて、若齢では正常であるにもかかわらず加齢に伴って骨細胞の減少を伴う重度の骨減少症を呈したことから、高齢マウスにおいては骨細胞が主にSema3Aを産生し、骨細胞自身に作用して骨量維持作用を発揮している可能性が示唆された。また、骨細胞に対するSema3A刺激によって可溶性グアニル酸シクラーゼが活性化されることを見出し、このシグナルの活性化剤は卵巣摘出を行った骨芽細胞系列特異的Sema3A欠損マウスでの骨量減少を抑制した。これらの結果は、エストロゲンの骨に対する新たな作用機序を明らかにし、骨老化に対する治療的アプローチへのメカニズムを示唆する。

    マイオカイン

    運動によって誘導されるirisinはシナプス後電位の回復により記憶機能を改善する

    原題:

    Exercise-linked FNDC5/irisin rescues synaptic plasticity and memory defects in Alzheimer's models.

    著者:

    Lourenco MV, Frozza RL, de Freitas GB, Zhang H, Kincheski GC, Ribeiro FC, Gonçalves RA, Clarke JR, Beckman D, Staniszewski A, Berman H, Guerra LA, Forny-Germano L, Meier S, Wilcock DM, de Souza JM, Alves-Leon S, Prado VF, Prado MAM, Abisambra JF, Tovar-Moll F, Mattos P, Arancio O, Ferreira ST, De Felice FG

    雑誌:

    Nat. Med. 25(1): 165-175 (2019)

    POINT!

     世界規模の高齢化の進行により、今やアルツハイマー型認知症 (AD) の患者数は35万人にも上る。認知症の治療・予防には運動が効果的と言われているが、そのメカニズムには不明な点が多い。Irisinは運動に伴い血中に放出されるマイオカインの一つであり、海馬における神経細胞の増殖、生存、機能を支持することが知られている。著者らはAD患者やADモデルマウス (APPswe/PS1E9 DTgマウス) の脳内irisinが健常サンプルよりも少ないことを見出した。マウス脳室内へのレンチウイルス投与によりirisinをノックダウンしたところ、海馬神経細胞の興奮性シナプス後電位 (EPSP) が減少し、記憶機能が低下した。一方、アミロイドβによって低下した海馬のEPSPや記憶機能はirisinの過剰発現により回復した。海馬の初代培養細胞を用いた検討から、irisinは神経細胞のcAMP–PKA–CREB経路を活性化し、アミロイドβ誘導性のATF4の核内移行を抑制した。APPswe/PS1E9 DTgマウスに水泳をさせたところ、irisinが増加し、海馬のEPSP上昇や記憶機能の改善が見られたが、レンチウイルスによるirisinのノックダウンによりこの改善効果は消失した。以上より、運動に伴い産生されるirisinが海馬を活性化し記憶機能を向上させることが示された。

    マイオカイン

    運動による内臓脂肪量の変化はIL-6で制御される–ランダム化比較試験による検討–

    原題:

    Exercise-Induced Changes in Visceral Adipose Tissue Mass Are Regulated by IL-6 Signaling/ A Randomized Controlled Trial

    著者:

    Wedell-Neergaard AS, Lang Lehrskov L, Christensen RH, Legaard GE, Dorph E, Larsen MK, Launbo N, Fagerlind SR, Seide SK, Nymand S, Ball M, Vinum N, Dahl CN, Henneberg M, Ried-Larsen M, Nybing JD, Christensen R, Rosenmeier JB, Karstoft K, Pedersen BK, Ellingsgaard H, Krogh-Madsen R

    雑誌:

    Cell Metab. 29: 1-12 (2019)

    POINT!

     内臓脂肪は生活習慣病の原因となるため、運動によって減少させることが推奨されている。運動に際し骨格筋からは様々なマイオカインが放出され、それらが運動による生活習慣病改善・予防に寄与すると考えられている。IL-6は最初に同定されたマイオカインである。著者らは運動による内臓脂肪減少がこのマイオカインを介したものであると考え、ランダム化比較試験を行った。①運動なし+プラセボ、②運動なし+IL-6抗体 (トシリズマブ8 mg/kg i.v. 4週間ごと)、③持久運動 (自転車運動45分間) +プラセボ、④持久運動+トシリズマブの4条件に割り当てられた成人男女 (腹囲が大きく運動をしていない) に対し12週間の介入を行った。運動+プラセボ群では運動なし+プラセボ群よりも内臓脂肪が減少していた。しかし、トシリズマブ投与群では運動の有無による内臓脂肪減少効果は認められなかった。脂質代謝に関しては、運動群において、トシリズマブ投与によりコレステロールが高値を示した。血中のインスリン濃度には有意差は認められないものの、運動+プラセボ群でやや低値であった。心肺機能は運動による改善は見られたが、トシリズマブによる改善効果の消失は認められなかった。以上より、ヒトを対象とした介入研究により、運動で誘導されるIL-6が内臓脂肪の減少に重要であること、IL-6阻害が脂質異常症に繋がりうることが示された。

    グリア細胞

    メトトレキサートはグリア細胞の調節不全を介してケモブレインを引き起こす

    原題:

    Methotrexate Chemotherapy Induces Persistent Tri-glial Dysregulation that Underlies Chemotherapy-Related Cognitive Impairment

    著者:

    Gibson EM, Nagaraja S, Ocampo A, Tam LT, Wood LS, Pallegar PN, Greene JJ, Geraghty AC, Goldstein AK, Ni L, Woo PJ, Barres BA, Liddelow S, Vogel H, Monje M

    雑誌:

    Cell. 176: 43-55 (2019)

    POINT!

     悪性腫瘍に対する化学療法による主な副作用には貧血、感染、嘔気などがある。近年、これらに加え認知機能の低下 (ケモブレイン) が注目されているが、報告されている発生頻度には幅があり (17~70%)、発生機序にも不明な点が多い。メトトレキサート (MTX) はパクリタキセルや5-FUなどとともに、ケモブレインの原因になると言われている。著者らはMTXがケモブレインを引き起こすメカニズムの検討を行った。化学療法の脳への副作用は白質 (主に神経の軸索からなる) に関連することから、髄鞘を形成するオリゴデンドロサイトに着目した。化学療法を受けた小児患者の前頭葉白質ではオリゴデンドロサイトとその前駆細胞 (OPC) が減少していた。このメカニズムを詳細に解析するため、著者らは若齢マウスに高用量のMTXを投与した。その結果、これらのマウスは成長後も長期にわたり前頭葉において、OPCと成熟オリゴデンドロサイトの減少と髄鞘の厚みの減少が認められ、さらには記憶力が低下していた。MTX投与マウスでは、白質におけるミクログリアの活性化が見出され、この活性化も長期間持続した。薬剤によりミクログリアを除去することにより、MTXによる記憶低下効果が消失した。以上より、MTXはミクログリアを持続的に活性化し、オリゴデンドロサイトによる髄鞘の成熟を妨げることで記憶機能の低下を誘導することが明らかになった。

    変形性関節症

    軟骨下骨破骨細胞は感覚神経支配と変形性関節炎の関節痛を誘導する

    原題:

    Subchondral bone osteoclasts induce sensory innervation and osteoarthritis pain

    著者:

    Shouan Zhu, Jianxi Zhu, Gehua Zhen, Yihe Hu, Senbo An, Yusheng Li, Qin Zheng, Zhiyong Chen, Ya Yang, Mei Wan, Richard Leroy Skolasky, Yong Cao, Tianding Wu, Bo Gao, Mi Yang, Manman Gao, Julia Kuliwaba, Shuangfei Ni, Lei Wang, Chuanlong Wu, David Findlay, Holger K. Eltzschig, Hong Wei Ouyang, Janet Crane, Feng-Quan Zhou, Yun Guan, Xinzhong Dong, and Xu Cao

    雑誌:

    J. Clin. Invest. doi: 10.1172/JCI121561. (2018)

    POINT!

    関節痛は変形性関節症の主要な症状であるが、関節痛が生じるメカニズムは不明な点が多い。著者らは、変形性関節症のマウスモデルを用いた解析から、軟骨下骨に存在する破骨細胞が軸索ガイダンス因子であるnetrin-1を分泌することで、軟骨下骨への感覚神経の侵入を誘導し、関節痛発症に寄与する可能性を見出した。骨細胞特異的にRANKLを欠損することで破骨細胞の数を減少させたマウスや、アレンドロネートにより破骨細胞の活性を阻害したマウスでは、変形性関節症に伴う関節痛が抑制されることが示され、破骨細胞が関節痛における有用な治療標的となる可能性が示唆された。

    骨折治癒

    マウスにおいてマクロファージはLRP1を含む骨治癒回復を編成する因子を分泌する

    原題:

    Macrophage cells secrete factors including LRP1 that orchestrate the rejuvenation of bone repair in mice

    著者:

    Linda Vi, Gurpreet S. Baht, Erik J. Soderblom, Heather Whetstone, Qingxia Wei, Bridgette Furman, Vijitha Puviindran, Puviindran Nadesan, Matthew Foster, Raymond Poon, James P. White, Yasuhito Yahara, Adeline Ng, Tomasa Barrientos, Marc Grynpas, M. Arthur Mosely, and Benjamin A. Alman

    雑誌:

    Nat. Comm. doi: 10.1038/s41467-018-07666-0. (2018)

    POINT!

    治癒速度は加齢に伴い減速することが知られる。筆者らは、若いマウスマクロファージが老化した骨髄細胞の骨芽細胞への分化を促進する因子を分泌していることを示した。パラバイオーシスモデルにおいて、年老いたマウスのマクロファージに比べて、若いマウス由来のマクロファージが骨折治癒を促進することを示した。さらにF4/80+細胞が骨折治癒を促進させることを細胞移入のモデルでも確かめた。筆者たちはマクロファージで合成されるタンパク質の質量分析を行い、若いマクロファージに特に高い発現が認められたlow density lipoprotein receptor-related prtein 1(Lrp1)に着目した。マクロファージ特異的Lrp1欠損マウスは骨折治癒が遅れるという表現型を示した。骨代謝に置けるLrpの役割としては、骨芽細胞特異的Lrp1欠損マウス、破骨細胞特異的Lrp1欠損マウスのどちらにおいても破骨細胞数上昇による骨量減少が既に報告されている。骨代謝におけるLrp1の役割は知られているものの、今回マクロファージから産生されるLrp1も骨折治癒と再生に重要であることが示された。

    歯の萌出

    間葉系幹細胞運命決定のオートクライン制御は歯の放出を調節する

    原題:

    Autocrine regulation of mesenchymal progenitor cell fates orchestrates tooth eruption.

    著者:

    Akira Takahashi, Mizuki Nagata, Aditi Gupta, Yuki Matsushita, Tetsutaro Yamaguchi, Koji Mizuhashi, Koutaro Maki, Antonio C. Ruellas, Lucia S. Cevidanes, Henry M. Kronenberg, Noriaki Ono, and Wanida Ono

    雑誌:

    Proc Natl Acad Sci U S A. doi: 10.1073/pnas.1810200115. (2018)

    POINT!

    発育中の歯を取り囲む歯小囊と呼ばれる組織には間葉系前駆細胞が存在し、歯周組織を構成する様々な細胞へ分化すると同時に、PTHrP 及びPTH/PTHrP受容体(PPR)のシグナル依存的に歯の萌出を調整すると考えられているが、その詳細なメカニズムは不明であった。著者らは、歯小囊を用いた1細胞RNA-seq解析をおこない、PTHrP及びPPRを高発現する細胞集団を同定した。タモキシフェン誘導性のPTHrP-CreERマウスを用いた細胞系譜解析により、PTHrP陽性歯小囊細胞は無細胞セメント質上のセメント芽細胞、歯根膜細胞、骨芽細胞へと分化することが明らかになった。PPRをPTHrP-Creにより欠損させたマウスでは、PTHrP陽性歯小囊細胞が非生理的なセメント芽細胞様細胞へと分化し、有細胞性セメント質を形成することで歯周組織の構造が変調し、歯の萌出不全が生じることを見出した。本知見から、歯小囊に存在する間葉系前駆細胞におけるPTHrPのオートクライン機構が、歯の萌出に重要な役割を果たすことが示された。

    骨転移

    骨芽細胞ニッチは骨微小転移のカルシウム貯蔵所であり、予期せぬ治療脆弱性を与える

    原題:

    The osteogenic niche is a calcium reservoir of bone micrometastases and confers unexpected therapeutic vulnerability

    著者:

    Hai Wang, Lin Tian, Jun Liu, Amit Goldstein, Igor Bado, Weijie Zhang, Benjamin R. Arenkiel, Zonghai Li, Meng Yang, Shiyu Du, Hong Zhao, David R. Rowley, Stephen T.C. Wong, Zbigniew Gugala, and Xiang H.-F. Zhang

    雑誌:

    Cancer Cell 34: 823–839 (2018)

    POINT!

    骨転移は多くのがんにおいて起こりうる転移であり、骨折や痛み、麻痺などが生じると生活の質を大きく低下させてしまう。筆者らは骨芽細胞ニッチからのがん細胞へのカルシウム(Ca2+)流入が骨転移の初期段階において重要であることを見出した。骨と他の臓器の転移巣の転写因子解析をするとNFATやMEF2などのCa2+シグナリング下流にあるものが活性化していることがわかり、in vivoでもこの傾向が認められた。Ca2+シグナリングを阻害すると骨へのがん生着が抑制されることも示された。このCa2+流入にはがん細胞と骨芽細胞との接着が必要なことがin vitroの解析により明らかになった。Ca2+流入は様々な要因により引き起こされるが、ギャップジャンクション(GJ)阻害剤carbenoxolone (CBX)によりほとんど抑制できた。さらに、筆者らはGJの主要な構成要素のコネキシンファミリーのCx43が転移巣に高いレベルで発現しており、骨転移に重要なことを示した。ドラッグスクリーニングによって見出したAs2O3がCa2+シグナリング及びギャップジャンクションを阻害し骨組織へのがん細胞の生着を阻害することを見出した。

    non-canonical open reading flame

    非古典的オープンリーディングフレームの翻訳は粘膜免疫を制御する

    原題:

    The translation of non-canonical open reading frames controls mucosal immunity

    著者:

    Ruaidhrí Jackson, Lina Kroehling, Alexandra Khitun, Will Bailis, Abigail Jarret, Autumn G. York, Omair M. Khan, J. Richard Brewer, Mathias H. Skadow, Coco Duizer, Christian C. D. Harman, Lelina Chang, Piotr Bielecki, Angel G. Solis, Holly R. Steach, Sarah Slavoff and Richard A. Flavell

    雑誌:

    Nature doi: 10.1038/s41586-018-0794-7. (2018)

    POINT!

    Open reading frame (ORF)はタンパク質をコードするDNAまたはRNA配列であり、メチオニンが唯一の開始コドンとされている。今回筆者らはLPS刺激誘導時のマクロファージについてリボーソーム結合性RNAを解析した結果、およそ10%は偽遺伝子やlong non-coding (lnc) RNAなどのタンパク質をコードしないと考えられるRNAであることがわかった。ORF予測アルゴリズムを用いた解析から、これら RNAのうち半数以上がATGを開始コドンとしない非古典的ORFを有する可能性が示唆された。筆者らはLPS刺激に応答して発現が上昇するlncRNAとしてAw112010に着目した。Aw112010はおよそ80アミノ酸からなるペプチドを翻訳すると予測され、細胞内で15 kDa以下の安定なタンパク質として検出された。Aw112010を欠損するマウスは経口的に投与されたサルモネラ菌の排除が遅延し、DSS誘導性腸炎に抵抗性であった。生化学的な解析から、Aw112010はLPS刺激誘導時における、IL-12の産生に必要であることがわかった。以上の結果から、非古典的ORFを有するAw112010は粘膜性免疫反応を制御する重要な役割を担うことがわかった。このような非古典的なORFは他の真核生物も保存されていると考えられ、未同定の遺伝子が多数存在すると考えられる。また、ヒトの疾患に関与する可能性が大いに考えられ、タンパク質をコードするヒトゲノムを再評価する必要がある。

    骨格幹細胞

    顎骨再生においては力学刺激応答性の幹細胞が神経堤細胞の形質を獲得する

    原題:

    Mechanoresponsive stem cells acquire neural crest fate in jaw regeneration

    著者:

    Ransom RC, Carter AC, Salhotra A, Leavitt T, Marecic O, Murphy MP, Lopez ML, Wei Y, Marshall CD, Shen EZ, Jones RE, Sharir A, Klein OD, Chan CKF, Wan DC, Chang HY, Longaker MT

    雑誌:

    Nature 563, 514-521 (2018)

    POINT!

    近年マウスやヒトの骨格幹細胞 (SSC) が著者らによって相次いで同定された (Chan, Cell, 2015; Charles, Cell, 2018)。仮骨延長術は骨を離断し、そこに生じた仮骨を徐々に牽引することで骨を延長する手術法である。骨延長に伴いSSCには力学刺激が負荷され、それが骨形成を誘導すると考えられるが、SCCに対する力学刺激の影響には不明な点が多い。そこで、著者らはマウス下顎骨の骨延長モデルを作出・解析した。このマウスの骨延長部ではSSCが増殖し、遺伝子発現の網羅的解析の結果、力学刺激の応答に関わるFAKシグナルの活性化を見出した。さらに、FAKシグナルが力学刺激による骨形成の量と向きを規定することが示された。骨延長とFAKシグナルに誘導されるオープンクロマチン領域の解析から、SoxおよびETSモチーフが多く見出された。骨延長部のSSCでは神経堤の発生に重要であるSox10Sox18Elk3の発現が上昇しており、これらのSSCは神経堤細胞様の形質を有することが示唆された。実際、骨延長部のSSCではFAK依存的に神経堤特異的なエンハンサーの活性化がみられ、神経堤細胞マーカーの発現も見られた。以上より、顎骨の骨延長では、SSCが神経堤細胞の形質を獲得し、骨形成に寄与することが示された。

    γδT細胞

    IL-17産生γδT細胞への運命決定においてc-Mafは必須の転写因子である

    原題:

    The transcription factor c-Maf is essential for the commitment of IL-17-producing γδ T cells

    著者:

    Zuberbuehler MK, Parker ME, Wheaton JD, Espinosa JR, Salzler HR, Park E, Ciofani M

    雑誌:

    Nat Immunol. 20(1), 73-85 (2019)

    POINT!

    γδT細胞は自然免疫様リンパ球の一つで、上皮組織に多く存在し生体防御に寄与する。γδT細胞にはIFN-γまたはIL-17Aをエフェクターとするサブセットが存在し、サブセットの決定にはT細胞受容体、Wnt、Notch、TGFシグナルや、転写因子のSox4、Sox13、PLZFなどが関わる。しかし、IL-17産生に重要であるRORγtのγδT細胞における誘導機構は不明である。著者らは、c-MafがRORγtと共発現することに着目した。c-Mafの発現はIL-17型のγδT細胞やその前駆細胞に認められ、リンパ球特異的c-Maf欠損マウスではRORγtを発現するIL-17型γδT細胞が認められなかった。また、RORγt発現細胞でc-Mafを欠損させるとRORγt発現γδT細胞のアポトーシスが誘導された。c-MafはRORγtの転写開始部位上流に直接結合し、転写を活性化させていた。ATAC-Seqにより、c-MafはIL-17型γδT細胞に特徴的な遺伝子の発現を誘導することが示された。さらに、TCRシグナルの強度がc-Mafの発現強度と相関することを見出した。以上より、c-MafはIL-17型γδT細胞の分化に必須であることが示された。

    抗フラクタルカイン抗体

    実験的関節炎において抗フラクタルカイン抗体は滑膜への破骨細胞前駆細胞の遊走を阻害することで関節破壊を抑制する

    原題:

    Anti-Fractalkine Antibody Suppresses Joint Destruction by Inhibiting Migration

    著者:

    Hoshino-Negishi K, Ohkuro M, Nakatani T, Kuboi Y, Nishimura M, Ida Y, Kakuta J, Hamaguchi A, Kumai M, Kamisako T, Sugiyama F, Ikeda W, Ishii N, Yasuda N, Imai T

    雑誌:

    Arthritis Rheumatol. 2018 (Epub ahead of print)

    POINT!

    フラクタルカイン (FKN、別名CX3CL1) は白血球遊走を制御するケモカインであり、関節リウマチ (RA) などの慢性炎症性疾患に関与する。RA患者の滑液や血清ではFKN濃度が高いことが知られている。カン研究所のグループは、抗FKN抗体による、マウス関節炎モデルにおける炎症と破骨細胞の減少を認めた。関節炎を誘導した滑膜の血管内皮細胞ではFKNが高度に発現し、骨髄中の破骨細胞前駆細胞にはFKN受容体CX3CR1の発現細胞が含まれた。抗FKN抗体により、破骨細胞前駆細胞の関節局所への遊走が阻害され、このケモカイン–受容体がCIA発症に重要であることが示唆された。同研究所で開発されたヒト化抗FKN抗体 (E6011) については、RA患者を対象とした臨床試験で長期臨床的有効性が報告されている。また、日本医療研究開発機構の医療研究開発革新基盤創生事業 (CiCLE) に同抗体を用いたクローン病治療に関する研究課題が採択され、研究開発が本格的に開始された。今後、FKNを標的とした炎症性疾患の治療法開発が加速することが期待される。

    RANKL

    骨髄間葉系幹細胞でのRANKLシグナルは骨芽細胞による骨形成を負に制御する

    原題:

    RANKL signaling in bone marrow mesenchymal stem cells negatively regulates osteoblastic bone formation

    著者:

    Xiao Chen, Xin Zhi, Jun Wang and Jiacan Su

    雑誌:

    Bone Res. 6: 34. (2018)

    POINT!

    RANKLシグナル伝達は破骨細胞形成に不可欠であるが、骨芽細胞分化や骨形成における役割は知られていなかった。本研究で著者らはRANKがマウスとヒトの骨髄間葉系幹細胞(BMSC)の骨芽細胞分化初期段階で発現し、分化過程において急速に発現が低下することを示した。RANKLシグナルはβ-カテニン分解を促進し合成を阻害することで骨形成を阻害する。一方、RANKLシグナル伝達はBMSCの脂肪分化には影響を及ぼさなかった。興味深いことに、Prx1-Creマウスを用いたBMSCでのRANK欠損によって、破骨細胞非依存的な骨量上昇と海綿骨の骨形成促進に至った。さらに、これらのマウスは卵巣摘出による骨量減少に対して耐性を示すことも明らかにされた。すなわち、RANKLシグナル伝達が破骨細胞分化を促進する一方でBMSCの骨形成性分化を阻害し、破骨細胞と骨芽細胞の両者を制御することを明らかにした。

    骨格系幹細胞

    成長板の休止層には独特なクラスの骨格系幹細胞が存在する

    原題:

    Resting zone of the growth plate houses a unique class of skeletal stem cells

    著者:

    Koji Mizuhashi, Wanida Ono, Yuki Matsushita, Naoko Sakagami, Akira Takahashi, Thomas L. Saunders, Takashi Nagasawa, Henry M. Kronenberg and Noriaki Ono

    雑誌:

    Nature 563, 254–258 (2018)

    POINT!

    骨格系幹細胞は、軟骨細胞、骨芽細胞、骨髄間質細胞を含む多様な細胞型に分化することによって骨の成長や恒常性を調節する。成長板は骨の伸長に重要な役割を果たす軟骨組織の一種であり、この成長板と密接に関連した異なる種類の骨格系幹細胞が存在するという概念が提唱されていた。成長板軟骨の休止層は、肥大化軟骨細胞から分泌されるIhhと相互作用するPTHrPを発現することで成長板を維持し、他の軟骨細胞の供給源となる。しかしながら、骨格系幹細胞の正体やそれらの細胞が成長板でどのように維持されるのかは不明であった。本研究で著者らはマウスモデルを用い、骨格系幹細胞が生後の成長板休止層内のPTHrP陽性軟骨細胞の間で形成されることを示した。PTHrP陽性軟骨細胞は、骨格系幹細胞や前駆細胞の複数のマーカーを発現し、培養条件下で骨格系幹細胞としての特性を保持していた。細胞系譜解析により、休止層のPTHrP陽性軟骨細胞は長期間にわたって円柱状の軟骨細胞を形成し続け、肥大化を起こし、さらに成長板の直下で骨芽細胞や骨髄間質細胞に分化することが明らかになった。増殖層の軟骨細胞は休止層軟骨細胞からのフォワードシグナル(PTHrP)と肥大軟骨細胞からのリバースシグナル(Ihh)によって協調的に維持されており、休止層内のPTHrP陽性軟骨細胞の細胞運命を決定するための手がかりを与える。この研究によって発見された骨格系幹細胞は成長板軟骨の休止層が起源で、当初の増殖期においては軟骨細胞への単一の分化能を示し、細胞分裂停止後の段階において肥大化軟骨細胞に分化するが、この時点で初めて多能性を獲得するという独特な性質を持つ体性幹細胞であり、骨格系細胞の柔軟な性質が示された。この系は、機能的に特化した幹細胞とそれらのニッチが生後に形成され、厳密なフィードバック調節システムによって組織成長を通して維持されるモデルを提供する。

    機械的刺激

    関節炎において、機械的刺激が部位特異的な炎症や組織破壊の局在を決定する

    原題:

    Mechanical strain determines the site-specific localization of inflammation and tissue damage in arthritis

    著者:

    Isabelle Cambré, Djoere Gaublomme, Arne Burssens, Peggy Jacques, Nadia Schryvers, Amélie De Muynck, Leander Meuris, Stijn Lambrecht, Shea Carter, Pieter de Bleser, Yvan Saeys, Luc Van Hoorebeke, George Kollias, Matthias Mack, Paul Simoens, Rik Lories, Nico Callewaert, Georg Schett and Dirk Elewaut

    雑誌:

    Nat Commun. 9: 4613. (2018)

    POINT!

    関節炎に至る多くの炎症性シグナルは、関節内で局所的に作用するだけではなく、免疫系に全身性の影響を及ぼす。関節炎が局所的で疎らな分布を示す理由は長らく不明であった。本研究で著者らは、生体力学的負荷が全身性自己免疫から関節局所の炎症に移行する過程における決定的な要因として機能することを示した。炎症やびらん性疾患の分布は、独自の微小解剖学的構造によって規定される機械感受性領域に制限されていた。興味深いことに、この経路は間質細胞に依存しているが、適応免疫には依存していなかった。間葉系細胞の機械的刺激は、骨吸収性破骨細胞に分化する古典的な単球の動員に関わるCXCL1やCCL2発現を誘導した。CCL2の遺伝的欠損やその受容体CCR2の薬理学的阻害は、機械的に誘発される関節炎の悪化を軽減したことから、間葉系細胞による機械的刺激誘発性ケモカインの分泌や単球の誘引が特定のホットスポットに対する関節炎の優先的な局在を決定することが示唆された。したがって、機械的刺激は関節炎における炎症および組織損傷の部位特異的局在を制御する。

  • RANKL逆シグナル

    RANKL逆シグナルによる骨吸収と骨形成のカップリング

    原題:

    Coupling of bone resorption and formation by RANKL reverse signalling

    著者:

    Yuki Ikebuchi, Shigeki Aoki, Masashi Honma, Madoka Hayashi, Yasutaka Sugamori, Masud Khan, Yoshiaki Kariya, Genki Kato, Yasuhiko Tabata, Josef M. Penninger, Nobuyuki Udagawa, Kazuhiro Aoki and Hiroshi Suzuki

    雑誌:

    Nature. 561: 195–200. (2018)

    POINT!

    RANKLは破骨前駆細胞上のRANK受容体と結合し、破骨細胞分化を活性化するであり、抗RANKL抗体は骨吸収抑制薬として臨床応用されている。本研究で著者らはこれまでリガンドであると考えられてきたRANKLが、成熟破骨細胞から分泌される膜小胞型のRANKと結合し、骨芽細胞内でのRANKL逆シグナルを活性化することでRunx2を活性化し、骨形成促進能を有する可能性を示した。RANKL欠損骨芽細胞や、可溶型RANKLの存在下では膜小胞型RANKによる骨芽細胞分化促進が低下し、さらにRANKL細胞内領域の29番目のプロリンをアラニンに変換した点突然変異を挿入したRANKL変異マウスでは、可溶型RANKL投与やOPGヘテロ欠損によって誘導される破骨細胞分化上昇に伴った骨形成促進が低下することなどから、膜小胞型RANKが骨芽細胞に発現するRANKLを介して骨形成を促進する可能性が示唆された。RANKL逆シグナルの下流では、PI3K-Akt-mTORC1経路を介してRunx2の活性化に至っていることも明らかにされた。さらに、著者らはRANKL細胞外ドメインに結合して逆シグナルを活性化する特殊な抗体を新たに創製し、骨粗鬆症モデルマウスに投与すると、骨形成に影響せずに骨吸収を抑制できたことから、RANKL逆シグナルは破骨細胞分化阻害に伴う骨形成低下を回避するための創薬標的となる可能性があることが示された。

    骨髄脂肪細胞

    PGC-1はTAZ誘導を介して骨粗鬆症や骨格系老化での骨格系幹細胞の運命と骨-脂肪のバランスを制御する

    原題:

    PGC-1 Controls Skeletal Stem Cell Fate and Bone-Fat Balance in Osteoporosis and Skeletal Aging by Inducing TAZ .

    著者:

    Bo Yu, Lihong Huo, Yunsong Liu, Peng Deng, John Szymanski, Jiong Li, Xianghang Luo, Christine Hong, Jiandie Lin and Cun-Yu Wang

    雑誌:

    Cell Stem Cell. 23: 193–209. (2018)

    POINT!

    骨粗鬆症や骨格系の老化における骨格系幹細胞(SSC)の分化異常は骨量の減少と骨髄脂肪細胞の増加につながる。骨芽細胞や脂肪細胞の分化におけるそれぞれの制御因子は同定されてきたが、骨髄脂肪組織の蓄積と骨粗鬆症での骨量減少を関連させる因子に関しては、ほとんど知られていなかった。本研究で、著者らはPGC-1が細胞運命決定の決定的なスイッチであり、その発現はヒトやマウスのSSCの老化に伴って低下することを明らかにした。PGC-1の欠損によってマウスSSCの骨芽細胞分化が低下する一方、脂肪細胞への分化が促進された。Prx1-CreによるPGC-1のコンディショナル欠損マウスでは、骨形成が低下し骨吸収が促進された一方、骨髄脂肪組織が蓄積していた。逆に、PGC-1を誘導性に過剰発現させたマウスでは、卵巣摘出後の骨量減少や骨髄脂肪組織の蓄積が低下した。機能的な解析から、PGC-1は転写コアクチベーターの発現を誘導することで骨と脂肪のバランスを維持していることが明らかにされた。これらの結果は、PGC-1が骨粗鬆症や骨格系老化の治療における重要な治療標的である可能性を示した。

    生物学的DMARDs

    in vivoでの可視化によって明らかになった破骨細胞性骨吸収を阻害する生物学的DMARDsの異なる作用様式

    原題:

    In vivo visualisation of different modes of action of biological DMARDs inhibiting osteoclastic bone resorption

    著者:

    Yoshinobu Matsuura, Junichi Kikuta, Yuika Kishi, Tetsuo Hasegawa, Daisuke Okuzaki, Toru Hirano, Masafumi Minoshima, Kazuya Kikuchi, Atsushi Kumanogoh, Masaru Ishii

    雑誌:

    Ann Rheum Dis. 77: 1220–1226. (2018)

    POINT!

    生物学的疾患修飾性抗リウマチ薬(bDMARDs)は滑膜炎だけでなく骨破壊も抑制することが示されてきたが、in vivoにおける破骨細胞性骨破壊抑制メカニズムの作用様式は明らかにはされていなかった。本研究で著者らは、破骨細胞特異的な種々の蛍光レポーターマウス頭蓋骨膜にLPSを投与して炎症性骨破壊を誘導し、多光子顕微鏡を用いた生体内イメージングによって破骨細胞の動態を観察した。本研究で使用された生物学的製剤のうち、抗IL-6R抗体と抗TNFα抗体は成熟破骨細胞に作用し、骨吸収性破骨細胞を休止期の破骨細胞へとスイッチさせた一方、CTLA4-Igは成熟破骨細胞に対する効果は観察されず、破骨前駆細胞を可動化することで骨表面から減少させることが明らかにされた。CTLA4-Igの分子標的であるCD80/86は破骨前駆細胞でのみ顕著に発現しており、破骨細胞成熟化の過程でその発現が抑制されることがわかった。これらの結果から、様々なbDMARDsが炎症性骨破壊に対し破骨細胞分化・骨吸収の異なるタイムポイントで特異的に作用することが明らかにされた。

    間葉系幹細胞ニッチ

    筋衛星細胞はVEGFとNotchシグナルを介した血管ニッチとの相互作用により静止状態を保つ

    原題:

    Muscle Satellite Cell Cross-Talk with a Vascular Niche Maintains Quiescence via VEGF and Notch Signaling

    著者:

    Mayank Verma, Yoko Asakura, Bhavani Sai Rohit Murakonda, Thomas Pengo, Claire Latroche, Benedicte Chazaud, Linda K. McLoon, and Atsushi Asakura

    雑誌:

    Cell Stem Cell. 23(4): 530–543. (2018)

    POINT!

    筋衛星細胞 (MuSC) は骨格筋の幹細胞であるが、静止–活性を制御するメカニズムには不明な点が多い。著者らはMuSCと毛細血管が近接することを見出し、血管のニッチ機能の解明に取り組んだ。MuSCと血管内皮細胞 (EC) のインタラクトーム解析からVEGFシグナルに着目した。MuSCではVEGFAが、ECではその受容体が高いレベルで発現しており、VEGFAはMuSCと血管を近接させることが示された。MuSCと血管の近接性の意義を解明するために、MuSCの細胞分裂活性とMuSC–血管間距離の関係を解析したところ、両者の間に正の相関を認めた。骨格筋組織においてECがNotchリガンドDll4を特異的に高発現していた。VEGFAはECにおけるDll4発現を誘導した。ECと筋芽細胞の共培養系により、EC由来のDll4により未分化性が維持されることが示された。以上より、MuSCはVEGFAにより筋幹細胞ニッチを形成するECを誘引し、ECはDll4により幹細胞を維持することが明らかになった。

    間葉系幹細胞ニッチ

    Hoxc依存的な間葉系ニッチの不均一性が毛包の再生を誘導する

    原題:

    Hoxc-Dependent Mesenchymal Niche Heterogeneity Drives Regional Hair Follicle Regeneration

    著者:

    Zhou Yu, Kaiju Jiang, Zijian Xu, Huanwei Huang, Nannan Qian, Zhiwei Lu, Daoming Chen, Ruonan Di, Tianyi Yuan, Zhenhai Du, Wei Xie, Xiaoling Lu, Huawei Li, Renjie Chai, Yong Yang, Bing Zhu, Tetsuo Kunieda, Fengchao Wang, and Ting Chen

    雑誌:

    Cell Stem Cell. 23(4): 487–500. (2018)

    POINT!

    マウスの毛包は成長期、退行期、休止期のサイクルを繰り返し、このサイクルは毛包幹細胞ニッチである毛乳頭に由来するサイトカインにより制御される。通常、耳の毛包は器官形成終了後休止期にとどまる一方、背部の毛包には自発的に成長期に入るものも認められる。体の部位により発毛パターンが異なることから、毛乳頭細胞の性質は部位により異なると想定されるが、その制御機構は不明であった。著者らは染色体に逆位を生じたマウス (Koaマウス) ではこの部位特異性が消失することに着目し、Koaアレルの解析によりHoxcファミリー遺伝子クラスターを見出した。Koaマウスの耳では野生型の耳よりもHoxc4/6/8の発現が高く、実際これらの遺伝子の発毛促進への寄与が認められた。染色体の構造解析から、Koaアレルの切断点はそれぞれ異なるTADに位置し、近位のTADは促進性、遠位のTADは抑制性であった。逆位したHoxcクラスターに異所性のH3K27アセチル化を認め、逆位によりHoxcクラスターが促進性TADに近接することでHoxc発現が上昇すると考えられた。HoxcはWntシグナルを介して毛包幹細胞を活性化した。以上より、遺伝子の逆位による異所性のHoxc遺伝子群活性化がWntシグナルを介して発毛を促進することが証明された。

    骨・軟骨前駆細胞

    ヒト骨格系幹細胞の同定

    原題:

    Identification of the Human Skeletal Stem Cell

    著者:

    Charles K.F. Chan, Gunsagar S. Gulati, Rahul Sinha, Justin Vincent Tompkins, Michael Lopez, Ava C. Carter, Ryan C. Ransom, Andreas Reinisch, Taylor Wearda, Matthew Murphy, Rachel E. Brewer, Lauren S. Koepke, Owen Marecic, Anoop Manjunath, Eun Young Seo, Tripp Leavitt, Wan-Jin Lu, Allison Nguyen, Stephanie D. Conley, Ankit Salhotra, Thomas H. Ambrosi, Mimi R. Borrelli, Taylor Siebel, Karen Chan, Katharina Schallmoser, Jun Seita, Debashis Sahoo, Henry Goodnough, Julius Bishop, Michael Gardner, Ravindra Majeti, Derrick C. Wan, Stuart Goodman, Irving L. Weissman, Howard Y. Chang, and Michael T. Longaker

    雑誌:

    Cell. 23(4): 530–543. (2018)

    POINT!

    間葉系幹細胞研究は、信頼性の高いマーカーがないことなどから造血幹細胞研究に比べ大きく遅れを取っていた。特に、ヒト骨格系細胞の分化段階や分化の制御機構については不明な点が多い。著者らは、ヒト胎児大腿骨の非血球細胞のシングルセルRNA–Seq解析を行った。その結果、前肥大軟骨層と肥大軟骨層にマウスの骨・軟骨・間質細胞前駆細胞に特異的な遺伝子のオルソログの高い発現を認めた。肥大軟骨層と骨幹部の細胞における細胞表面マーカーの比較から、PDPN、CD146、CD73、CD164に着目した。これらのマーカーを指標に骨格系前駆細胞を分取し、マウスの腎被膜下に移植、形成される組織を観察したところ、PDPN+CD146–CD73+CD164+細胞 (hSSC) は軟骨細胞と骨芽細胞の両方に分化した。さらに、この細胞は自己増幅能も有しており、骨格系幹細胞として機能することが示された。hSCCのオープンクロマチン領域の網羅的解析を行ったところ、SOST遺伝子座においてRUNX2結合配列を含むオープンクロマチンが複数箇所検出された一方、マウスでは認められず、種間の遺伝子発現制御機構の差が明らかになった。また、ヒト細胞で認められたオープンクロマチンの一領域は、骨密度と強く相関するSNPsに相当し、hSCCにおける遺伝子発現制御の重要性が示唆された。

    自己免疫

    ナルコレプシー患者のT細胞はヒポクレチンニューロンの自己抗原を標的とする

    原題:

    T cells in patients with narcolepsy target self-antigens of hypocretin neurons

    著者:

    Daniela Latorre, Ulf Kallweit, Eric Armentani, Mathilde Foglierini, Federico Mele, Antonino Cassotta, Sandra Jovic, David Jarrossay, Johannes Mathis, Francesco Zellini, Burkhard Becher, Antonio Lanzavecchia, Ramin Khatami, Mauro Manconi, Mehdi Tafti, Claudio L. Bassetti, and Federica Sallusto

    雑誌:

    Nature 562: 63-68 (2018)

    POINT!

    ナルコレプシーは、日中の過度な眠気や情動脱力発作を来す睡眠障害であり、睡眠・覚醒調節に重要なヒポクレチン産生ニューロンの脱落が発症に関わっている。これまでHLA-DQB1*06:02と非常に強い相関 (患者の98%が保有)があることや、2009 H1N1インフルエンザワクチンの接種により発症率が増大したという報告例などから、T細胞応答との関係性が指摘されてきた。今回ヒトT細胞研究の権威であるSallusto博士らは、抗原特異的T細胞レパトアを高感度に検出できる手法を駆使し、19名のナルコレプシー患者からヒポクレチン産生ニューロンに対する自己反応性T細胞の検出に成功した。ナルコレプシー患者ではヒポクレチン反応性CD4+ メモリーT細胞が多く存在し、またヒポクレチン産生ニューロンで高く発現するタンパク質TRIB2に対しても反応性の高いメモリーT細胞が患者群で検出された。一方で、インフルエンザ抗原に対する交差反応は認められなかった。今回検出された自己反応性T細胞が実際どのようにナルコレプシーの発症・病態に関与しているかは今後の課題ではあるが、少なくとも免疫制御による治療戦略の有効性を示唆する報告であり、非常に興味深い。

    可溶型RANKL

    可溶型RANKLは成体マウスにおける破骨細胞形成には寄与するが、卵巣摘出による骨粗鬆症には関与しない

    原題:

    Soluble RANKL contributes to osteoclast formation in adult mice but not ovariectomy-induced bone loss

    著者:

    inhu Xiong, Keisha Cawley, Marilina Piemontese, Yuko Fujiwara, Haibo Zhao, Joseph J. Goellner & Charles A. O’Brien

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-018-05244-y. (2018)

    POINT!

    RANKLは破骨細胞分化や免疫組織の形成、乳腺の発達に必須な多彩な機能を持つTNFファミリーに属するサイトカインである。RANKLは膜結合型RANKLとして産生され、その後、細胞外ドメインが切断されて可溶型RANKLとして分泌される。膜結合型、可溶型の生体での役割の違いはこれまで解明されていなかった。筆者らは細胞外ドメインの酵素切断部位を欠失させ可溶型RANKLを選択的に欠損したマウスを作製し解析した。この可溶型RANKL欠損マウスは5週齢の解析では骨量や破骨細胞数の変化を認めなかった。ところが3ヶ月齢、8ヶ月齢の加齢したマウスを解析すると可溶型RANKL欠損マウスは骨量と破骨細胞数の増加を認めるようになった。一方で卵巣摘出によるエストロゲン減少性骨粗鬆症モデルでの骨量減少は野生型マウスと差を認めなかった。なおリンパ節形成や乳腺発達は正常であった。これらの結果からRANKLは膜結合型が主要な機能を担うが、成体における骨リモデリングには可溶型RANKLも寄与していることが示された。

    骨外膜幹細胞

    膜性骨化を制御する骨外膜幹細胞の発見

    原題:

    Discovery of a periosteal stem cell mediating intramembranous bone formation

    著者:

    Shawon Debnath, Alisha R. Yallowitz, Jason McCormick, Sarfaraz Lalani, Tuo Zhang, Ren Xu, Na Li, Yifang Liu, Yeon Suk Yang, Mark Eiseman, Jae-Hyuck Shim, Meera Hameed, John H. Healey, Mathias P. Bostrom, Dan Avi Landau & Matthew B. Greenblatt.

    雑誌:

    Nature 562: 133-139 (2018)

    POINT!

    骨髄中の間葉系幹細胞に関してはこれまで数多くの研究がなされてきたが、皮質骨により骨髄環境から隔絶された骨外膜に存在する幹細胞に関しては殆ど解析されていない。著者らは、破骨細胞特異的Creと考えられてきたCathepsin K-Creが骨外膜の間葉系細胞で発現することを見出した。骨外膜Cathepsin K陽性細胞のシングルセルRNA-seq解析から、既知の間葉系幹細胞や成熟間葉細胞とは異なる遺伝子発現プロファイルを有する骨膜幹細胞(PSC)を同定した。興味深いことに、PSCは他の間葉系幹細胞とは異なり、軟骨内骨化でなく膜内骨化を介して骨を形成することが明らかとなった。骨芽細胞分化に必須の遺伝子であるOsterixをPSCで欠損させたマウス(Osterixf/f Cathepsin K-Cre)では、大腿骨の皮質骨多孔化と骨折治癒不全、頭蓋骨の癒合部石灰化不全が認められた。さらに著者らは、マウスPSCに相当する細胞集団をヒト骨膜からも同定し、同様に多分化能を有することを確認した。本知見は、骨は多数の幹細胞プールを含んでおり、それぞれが異なる生理的機能を担っている可能性を示唆する。PSCは骨疾患に対する標的になる可能性もあり、PSCの機能や性質に関するさらなる解明が期待される。

    マクロファージ

    自己維持をする腸マクロファージは小腸恒常性に必要である。

    原題:

    Self-Maintaining Gut Macrophages Are Essential for Intestinal Homeostasis.

    著者:

    Sebastiaan De Schepper, Simon Verheijden, Javier Aguilera-Lizarraga, Maria Francesca Viola, Werend Boesmans Nathalie Stakenborg, Iryna Voytyuk, Inga Smidt, Bram Boeckx, Isabelle Dierckx de Casterlé, Veerle Baekelandt, Erika Gonzalez Dominguez, Matthias Mack, Inge Depoortere, Bart De Strooper, Ben Sprangers, Uwe Himmelreich, Stefaan Soenen, Martin Guilliams, Pieter Vanden Berghe, Elizabeth Jones, Diether Lambrechts and Guy Boeckxstaens

    雑誌:

    Cell 175: 400–415 (2018)

    POINT!

    マクロファージは様々な組織維持機能を行う高度に不均一な組織常在性の免疫細胞である。これまで、腸管のマクロファージは骨髄由来の単球により絶えず置き換えられことで維持されていると考えられていた。ところが、筆者らがfate mappingを用いて確かめたところ、胎生期の前駆細胞あるいは成獣マウス骨髄由来の単球の両方から自己維持機能を持ったマクロファージが生じており、その集団が腸管内に存在することを見出した。遺伝子発現解析と免疫組織染色法を用いて解析すると、自己維持機能をもつマクロファージは、脈管構造、粘膜下と腸筋神経叢、パネート細胞、パイエル板の近くといった特異的な位置にいることがわかった。このマクロファージ集団を欠損すると、粘膜下脈管構造が障害され、腸ニューロンが減少してしまい、血管漏出や分泌異常、腸運動の減少などが起きた。これらの発見から腸管マクロファージには特定のサブセットが存在しており、腸管内で自己維持ができるマクロファージは腸管恒常性に寄与することが明らかとなった。

    口腔細菌

    口腔細菌叢の構成異常はTh17細胞を誘導することで、ヒト及びマウスにおいて歯周炎を引き起こす

    原題:

    A dysbiotic microbiome triggers Th17 cells to mediate oral mucosal immunopathology in mice and humans.

    著者:

    Nicolas Dutzan, Tetsuhiro Kajikawa, Loreto Abusleme, Teresa Greenwell-Wild, Carlos E. Zuazo, Tomoko Ikeuchi, Laurie Brenchley, Toshiharu Abe, Charlotte Hurabielle, Daniel Martin, Robert J. Morell, Alexandra F. Freeman, Vanja Lazarevic, Giorgio Trinchieri, Patricia I. Diaz, Steven M. Holland, Yasmine Belkaid, George Hajishengallis and Niki M. Moutsopoulos

    雑誌:

    Sci Trans Med. 463, eaat0797 (2018)

    POINT!

    歯周病は口腔細菌への免疫応答により歯の支持骨が破壊される代表的な炎症性骨疾患であり、人類史上最も罹患者数の多い感染症として知られている。歯周病マウスモデルを用いた解析から、活性化したTh17細胞が骨破壊を引き起こすことが示されていたが、ヒト歯周病でも同様のメカニズムが存在するかは不明であった。著者らは、ヒト歯周病患者の歯周組織においてTh17細胞が顕著に集積していることを見出した。マウスの歯の周囲に絹糸を結紮することで、口腔細菌叢の構成異常を引き起こす歯周病モデルでも、Th17細胞が歯周炎組織に集積していた。抗生剤投与や遺伝子欠損マウスを用いた解析により、Th17細胞の歯周炎組織への集積には、口腔細菌、IL-6、IL-23が必須であることを示した。Th17細胞を欠損したマウスや、薬剤によりTh17細胞を阻害したマウスでは、歯周炎による骨破壊が抑制された。さらに、STAT3変異により先天的にTh17細胞を欠損した高IgE症候群患者では、口腔カンジダ症を発症し口腔衛生状態が不良であるにも関わらず、歯槽骨吸収が起こり辛いことを明らかにした。本知見により、ヒト歯周炎の病態においてもTh17細胞が重要な役割を担う可能性が示された。

    アルギニンメチル化

    アルギニンメチル化はT細胞維持においてc-ファミリーサイトカインシグナルの強さを制御する。

    原題:

    Arginine methylation controls the strength of γc-family cytokine signaling in T cell maintenance

    著者:

    Maia Inoue, Kazuo Okamoto, Asuka Terashima, Takeshi Nitta, Ryunosuke Muro, Takako Negishi-Koga, Toshio Kitamura, Tomoki Nakashima and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Nat. Immunol. 19: 1265–1276 (2018)

    POINT!

    タンパク質のアルギニン残基メチル化は広範囲にわたる生物学的プロセスに寄与する転写後調節の一つである。T細胞分化や活性化に関わる多くのサイトカインは、シグナル伝達にサイトカイン共通ガンマ鎖(γc)とJAK3を使用するが、これらの因子の発現メカニズムの詳細は不明である。筆者たちは、メチル基転移酵素PRMT5がインバリアントナチュラルキラーT(iNKT)細胞、CD4+ T細胞、CD8+ T細胞の維持に重要であることを見出した。T細胞特異的Prmt5を欠損させると胸腺のiNKT細胞が激減し、末梢のCD4+ T細胞、CD8+ T細胞も減少していた。Prmt5はγc とJAK3をコードする前mRNAのスプライシングを促進するSmタンパク質の対称性脱メチル化を引き起こし、これはγcとJAK3の発現に関与していることを示した。アルギニンメチル化によって、シグナル伝達に関与する分子の発現を転写後に調節することで、γcファミリーサイトカインを介するシグナルの強さが左右されるという機構を示した。

    胸腺Tuft細胞

    胸腺tuft細胞はIL-4産生型細胞分化に関与する領域と胸腺細胞の分化を支持する

    原題:

    Thymic tuft cells promote an IL-4-enriched medulla and shape thymocyte development

    著者:

    Corey N. Miller, Irina Proekt, Jakob von Moltke, Kristen L. Wells, Aparna R. Rajpurkar, Haiguang Wang, Kristin Rattay, Imran S. Khan, Todd C. Metzger, Joshua L. Pollack, Adam C. Fries, Wint W. Lwin, Eric J. Wigton, Audrey V. Parent, Bruno Kyewski, David J. Erle, Kristin A. Hogquist, Lars M. Steinmetz, Richard M. Locksley & Mark S. Anderson

    雑誌:

    Nature 559: 627–631 (2018)

    POINT!

    胸腺は未熟なT細胞とそれらを支持する多様なストローマ細胞群から構成される。核内因子であるAireは胸腺髄質上皮細胞(mTEC)特異的に発現し、自己反応性T細胞の排除に必要であるが、mTECは不均一な細胞集団であることが知られている。今回筆者らはRNA-Seq解析によって消化管に存在するTuft細胞と極めて類似した細胞をAire陽性mTECの中から同定した。胸腺Tuft細胞は小腸Tuft細胞に特徴的な味覚伝達経路やIL-25に加えてMHC class IIを発現しており、抗原提示能を有すると考えられた。また、より多様な味覚センサーを発現しており、小腸Tuft細胞とは異なる役割を果たすことが示唆された。胸腺Tuft細胞の分化はAire非依存的であり、転写因子Hipk2やPou2f3が必要であった。Pou2f3欠損マウスの解析から胸腺Tuft細胞はIL-4産生iNKT細胞の分化や自己免疫寛容の確立に重要であることがわかった。これらの知見は胸腺髄質微小環境では特殊化した胸腺Tuft細胞が胸腺固有の機能を付与していることを示している。

    造血ニッチ

    紫外線からの保護は造血ニッチの進化的に保存された特徴である

    原題:

    Protection from UV light is an evolutionarily conserved feature of the haematopoietic niche.

    著者:

    Friedrich G. Kapp, Julie R. Perlin, Elliott J. Hagedorn, John M. Gansner, Daniel E. Schwarz, Lauren A. O’Connell, Nicholas S. Johnson, Chris Amemiya, David E. Fisher, Ute Wölfle, Eirini Trompouki, Charlotte M. Niemeyer, Wolfgang Driever & Leonard I. Zon

    雑誌:

    Nature 558: 445-448. (2018)

    POINT!

    造血幹細胞(HSC)は造血ニッチと呼ばれる特殊な微小環境により支持されている。造血ニッチは成体哺乳類では骨髄に位置するが、硬骨魚類では腎髄質、両生類では肝臓および骨髄に位置することが知られている。このように造血ニッチの場は種により異なるが、進化の過程でなぜHSCが異なる微小環境へと移動したのかは不明であった。著者らは、ゼブラフィッシュの腎髄質で、メラノサイトが「傘」のような構造を形成し、HSCを覆っていることを見出した。メラノサイトを欠損したゼブラフィッシュでは、紫外線照射後にHSCに高レベルのDNA損傷が見られ、HSC数が減少した。組織学的解析により、メラノサイトの傘はヤツメウナギを含む水生動物において進化的に高度に保存されていることが明らかとなった。両生類(アイゾメヤドクガエル、Dendrobates tinctorius)の後肢に紫外線を照射したところ、皮質骨周囲の筋組織細胞と比較して皮質骨内部の骨髄細胞ではDNA損傷が軽度であった。以上の結果から、HSCは水生動物においてはメラノサイトの傘により紫外線から保護されていたが、より高レベルの紫外線に暴露する陸上へ生物が移行した際に、皮質骨に保護される骨髄へと移動した可能性が示唆された。

    RIPK1

    ヒトの両アレルRIPK1変異は重篤な免疫不全、関節炎、腸炎を引き起こす

    原題:

    Biallelic RIPK1 mutations in humans cause severe immunodeficiency, arthritis, and intestinal inflammation

    著者:

    Anna Idelevich, Kazusa Sato, Kenichi Nagano, Glenn Rowe, Francesca Gori, and Roland Baron

    雑誌:

    Science 361: 810-813 (2018)

    POINT!

    Receptor Interacting Serine/Threonine Kinase 1 (RIPK1)は炎症や細胞死に関わるシグナリング経路のマスターレギュレータとして知られ、ドラッグターゲットとして注目されている。筆者たちは、親族関係のない3家族から、希少ホモ変異体による完全なRIPK1欠失の4人の患者を報告する。患者らは、反復感染、早期発症型炎症性腸炎、進行性多発性関節炎を患っていた。全血測定から、患者らはリンパ急減少性の免疫不全と、様々なサイトカインの産生が健常者と比べて変わっていることがわかった。In vitroの結果から、RIPK1欠損細胞は、TNF-誘導性のIL-6産生が減弱しており、LPSに対する反応性も低く、MAPK活性やサイトカイン産生の調節不全が起きていることがわかった。また、TNF-もしくはpoly(I:C)刺激後の生細胞が対照より少なく、ネクロトーシスしやすいこともわかった。正常な造血幹細胞を移植すると、サイトカイン産生障害が改善し、臨床的な症状が快方に向かった患者が一人いた。これらの報告は、RIPK1の機能はマウスで予想されていたよりも、ヒトにおいては免疫システムの機能に重要な役割を果たしていることがわかった。また、早期の造血幹細胞移植がRIPK1欠損患者において効果的であることが示された。

    自己免疫

    膵島はインスリンペプチドのエキソサイトーシスを介してリンパ組織と情報交換する

    原題:

    Pancreatic islets communicate with lymphoid tissues via exocytosis of insulin peptides

    著者:

    Xiaoxiao Wan, Bernd H. Zinselmeyer, Pavel N. Zakharov, Anthony N. Vomund, Ruth Taniguchi, Laura Santambrogio, Mark S. Anderson, Cheryl F. Lichti & Emil R. Unanue

    雑誌:

    Nature. 557: 714–718. (2018)

    POINT!

    自己免疫は、組織特異的抗原が主要組織適合遺伝子複合体(MHC)の感受性対立遺伝子によってT細胞に提示され、認識された場合に起こる。しかし、特定の自己抗原が、自己反応性を誘導する理由は不明である。今回筆者らは、特にインスリンの抗原提示に着目して報告している。非肥満糖尿病マウスでは、インスリンが抗原提示されることによって自己免疫性1型糖尿病を発症する。その病原性CD4 T細胞の大部分は、抗原提示細胞によるインスリンペプチドのインスリンB鎖の12–20セグメント(B:12–20)を特異的に認識する。また、様々なリンパ節でインスリン特異的胚中心が形成されており、B:12–20の提示は膵島以外にも広範囲に行われていると考えられる。さらに、β細胞顆粒において分解されたインスリンペプチド断片が見つかり、この中には病原性エピトープが含まれていた。この断片は、グルコースを投与後に放出され、CD4 T細胞によって認識されて活性化状態を引き起こす。その結果、自己免疫性の糖尿病を起こしやすくする。よって、膵島は、異化産物を放出することで常に自己免疫を引きおこす可能性を持っていることが明らかとなった。この報告は、自己抗原の認識経路を明らかにし、リンパ節の全身的感作によって病原性T細胞を活性化させる抗原を標的とした治療法を検討するための基盤となる。

    Thy-1

    Thy-1 (CD90)は骨形成を促進し肥満を抑制する

    原題:

    Thy-1 (CD90) promotes bone formation and protects against obesity

    著者:

    Ann-Kristin Picke, Graeme M. Campbell, Matthias Blüher, Ute Krügel, Felix N. Schmidt, Elena Tsourdi, Maria Winzer, Martina Rauner, Vladimir Vukicevic, Björn Busse, Juliane Salbach-Hirsch, Jan P. Tuckermann, Jan C. Simon, Ulf Anderegg, Lorenz C. Hofbauer, Anja Saalbach

    雑誌:

    Sci Transl Med. 10: eaao6806. (2018)

    POINT!

    Thy-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属するGPIアンカー型タンパク質であり、間葉系線維芽細胞において増殖とアポトーシスのバランスや線維芽細胞から筋線維芽細胞への分化を制御することが知られている。著者らは間葉系幹細胞(MSC)から骨芽細胞・脂肪細胞への分化決定や、in vivoでの骨形成や脂肪組織の発生におけるThy-1の役割を調べた。Thy-1欠損マウス由来のMSCは野生型マウス由来の細胞と比べて、骨芽細胞分化能が低下しており、脂肪細胞分化能が上昇していた。この結果と一致して、Thy-1欠損マウスでは骨形成の低下によって海綿骨・皮質骨ともに骨量が減少しており、皮質骨脆弱性の上昇を伴う骨強度の低下を来した一方、体重や皮下脂肪や精巣上体脂肪量、体脂肪量がいずれも増加していた。また、これらのThy-1欠損マウスではWnt5aやWnt11、Wnt16などの発現減少と、Wnt阻害分子のスクレロスチンやDickkopf-1の発現上昇などが観察された。さらに、高脂肪食マウスの結果から、肥満におけるTNFαの発現上昇からThy-1発現低下に至り、それにより骨形成の減少に至っている可能性が示唆された。実際に、ヒトの骨粗鬆症、肥満患者のそれぞれにおいて観察される低骨量と脂肪蓄積は可溶型Thy-1の血中濃度の減少を反映したものである可能性も示唆された。以上から、Thy-1がMSCの骨形成性分化を促進する一方、脂肪形成や肥満を抑制する分子であり、新たな治療法や骨粗鬆症・肥満における骨質の血中マーカーとしての可能性が示唆された。

    細胞内代謝

    Folliculinは代謝制御を介して破骨細胞分化を制御する

    原題:

    Folliculin regulates osteoclastogenesis through metabolic regulation

    著者:

    Masaya Baba, Mitsuhiro Endoh, Wenjuan Ma, Hirofumi Toyama, Akiyoshi Hirayama, Keizo Nishikawa, Keiyo Takubo, Hiroyuki Hano, Hisashi Hasumi, Terumasa Umemoto, Michihiro Hashimoto, Nobuko Irie, Chiharu Esumi, Miho Kataoka, Naomi Nakagata, Tomoyoshi Soga, Masahiro Yao, Tomomi Kamba, Takashi Minami, Masaru Ishii, Toshio Suda

    雑誌:

    J Bone Miner Res. doi: 10.1002/jbmr.3477. (2018)

    POINT!

    破骨細胞分化はダイナミックな分化過程であり、遺伝子発現に加え、細胞内代謝も劇的に変化する。近年の報告によって、破骨細胞分化過程での代謝リプログラミングとダイナミックな遺伝子発現変動との必要不可欠な関連性が明らかにされた。しかしながら、破骨細胞分化での代謝の変化を駆動する上流の調節メカニズムは解明されてはいなかった。本研究では、細胞内代謝制御において多様な機能が報告されているFolliculin(Flcn)に着目し、Mx1-Creを用いてFlcn欠損を11週齢で誘導し、3週間後に解析を行ったところ、破骨細胞分化亢進による重篤な骨粗鬆症を呈することが明らかになった。in vitroにおいて、Nfatc1発現はRANKL刺激前でもFlcnノックダウン細胞で上昇しており、RANKL刺激後48時間では劇的な上昇を示し、破骨細胞分化の著しい亢進が観察された。さらに、著者らは網羅的な遺伝子発現プロファイリングやメタボロミクス解析などによって、Flcnが転写因子Tfe3の核内局在を抑制し、その標的遺伝子のPgc1発現を阻害することで酸化的リン酸化とプリン代謝を制御することを証明した。また、Flcnの欠損は酸化的リン酸化やペントースリン酸経路の活性化、さらにはヌクレオチド産生の上昇を伴い、アデノシンの著明な蓄積も観察された。そこで、著者らはプリン作動性シグナル伝達ループに関わるPanx1や、P2rx7、Cd39、Cd73、Ent1などの発現を調べたところ、いずれもFlcnノックダウン細胞で有意に上昇していた。このプリン作動性シグナル伝達ループの阻害によって、Flcn欠損破骨前駆細胞でみられた破骨細胞分化の促進が阻害されることも確認された。以上から、著者らはFlcn-Tfe3-Pgc1軸が酸化的リン酸化とプリン代謝のリプログラミングを介して破骨細胞分化における必要不可欠な役割を担うことを証明した。

    低酸素

    骨細胞の酸素センシングはスクレロスチンのエピジェネティックな制御を介して骨量をコントロールする

    原題:

    Osteocytic oxygen sensing controls bone mass through epigenetic regulation of sclerostin

    著者:

    Steve Stegen, Ingrid Stockmans, Karen Moermans, Bernard Thienpont, Patrick H. Maxwell, Peter Carmeliet, Geert Carmeliet

    雑誌:

    Nat Commun. 9: 2557. (2018)

    POINT!

    加齢における骨量の維持において、骨基質中の骨細胞の適切な応答が強く関連していると考えられている。これらの骨細胞はWnt/β-カテニンのアンタゴニストであるスクレロスチンを分泌することなどにより、骨形成と骨吸収を制御することが知られている。骨細胞は低酸素の微小環境に存在しているが、酸素濃度のセンシングがそれらの機能を制御するかどうかは不明のままであった。本研究で著者らは、Dmp1-Creにより、酸素センサーのプロリルヒドロキシラーゼ2(Phd2)の骨細胞選択的欠損マウスを作製し、これらのマウスが骨形成の促進と骨吸収の低下によって誘導される高骨量の表現型に至ることを見出した。骨形成と骨吸収の逆方向の変化が観察されたことから、スクレロスチン発現を調べたところ、骨細胞選択的Phd2欠損マウス由来の骨で有意に低下していることが明らかにされた。さらにこれらの細胞では、HIF-1αシグナル伝達の上昇がサーチュイン1依存的なSostプロモーターのヒストンH3K9脱アセチル化を上昇させ、スクレロスチン発現の減少とWnt/β-カテニンシグナルの活性化に至ることを見出した。また、骨細胞でのPhd2欠損はエストロゲン欠乏や後肢免荷によって誘導される骨量減少が減弱することも明らかにされた。以上からPhd2による骨細胞での酸素センシングは、スクレロスチン発現のエピジェネティックな制御を介して骨量を負に制御することが証明された。

    細胞分化

    PGC-1αはTAZを誘導することにより骨粗鬆症と老化の過程で骨格系幹細胞の運命と骨–脂肪バランスの制御に寄与する

    原題:

    PGC-1α Controls Skeletal Stem Cell Fate and Bone-Fat Balance in Osteoporosis and Skeletal Aging by Inducing TAZ

    著者:

    Yu B, Huo L, Liu Y, Deng P, Szymanski J, Li J, Luo X, Hong C, Lin J, Wang CY

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 23(2): 193-209 (2018)

    POINT!

    骨芽細胞と脂肪細胞は共に間葉系幹細胞を起源とする。加齢や骨粗鬆症において、骨髄中の脂肪含有量が増加する一方骨密度が低下することから、間葉系幹細胞の骨芽細胞/脂肪細胞分化の振り分け機構の存在が示唆されているが、その実態には不明な点が多い。著者らは、骨髄間葉系幹細胞の運命を決定するスイッチとして機能する分子の解明に取り組んだ。加齢に伴い骨髄間葉系幹細胞でPGC-1αの発現が低下することに着目し、PGC-1α欠損マウスの解析を行った。その結果、これらのマウスでは加齢や卵巣摘出による骨量低下と脂肪増加が顕著であった。PGC-1αを欠損する培養細胞において骨芽細胞分化の抑制と脂肪細胞分化の促進を認めた。さらに著者らは、PGC-1αはTAZの発現を誘導することで間葉系幹細胞の骨芽細胞分化を促進することを見出した。以上より、PGC-1αは間葉系幹細胞の分化のスイッチとして機能することが示された。

    IL-17

    IL-17AではなくIL-17Fの抑制は腸内細菌叢の変化を介してTreg細胞を誘導し、腸炎に対して保護的に作用する

    原題:

    Suppression of IL-17F, but not of IL-17A, provides protection against colitis by inducing Treg cells through modification of the intestinal microbiota

    著者:

    Tang C, Kakuta S, Shimizu K, Kadoki M, Kamiya T, Shimazu T, Kubo S, Saijo S, Ishigame H, Nakae S, Iwakura Y

    雑誌:

    Nat Immunol (2018) Epub ahead of print

    POINT!

    IL-17ファミリー分子の中で、IL-17AとIL-17Fは相同性が最も高く、受容体を共有するなど共通点が多い。その一方、自己免疫疾患、アレルギー、感染症の発症において多くの機能上の相違があることがかつて著者らにより明らかにされた。本研究において、著者らはIL-17A欠損マウスにおいてはDSS誘導性腸炎が重篤であるのに対し、IL-17F欠損マウスにおいては軽度であることから、IL-17Fの機能に着目した。IL-17F欠損マウスではIL-17A欠損マウスと異なり、大腸におけるFoxp3陽性Treg細胞が増加しており、その背景にはクロストリジウム属の細菌の増加が認められた。IL-17Fは抗菌ペプチドのアンギオゲニン4とホスホリパーゼA2を誘導し、クロストリジウムの菌量を制御することが見出された。そこで、IL-17Fを標的とした治療実験を行ったところ、IL-17Fに対する中和抗体によって腸炎が緩和された。以上より、IL-17Fが炎症性腸疾患に対する新規治療法の標的となることが示唆された。

    IL-33

    クロマチンによるIL-33の補足はIL-33の放出と活性を制御する

    原題:

    Chromatin regulates IL-33 release and extracellular cytokine activity

    著者:

    Jared Travers 1, Mark Rochman 1, Cora E. Miracle1, Jeff E. Habel 1, Michael Brusilovsky1, Julie M. Caldwell 1, Jeffrey K. Rymer1 & Marc E. Rothenberg

    雑誌:

    Nat Commun (2018) 9:3244

    POINT!

    IL-33は損傷細胞からアラーミンとして放出され、T細胞やILC2など様々な免疫細胞に作用することが知られているが、もともとは核タンパク質として発見された因子で、N末端ドメインによりクロマチンに結合する事が知られている。しかしながら、IL-33とクロマチンが結合することの意義はよく分かっていない。著者らは、内因性のIL-33とIL-33受容体ST2を欠損する上皮細胞にIL-33を過剰発現させても有意な発現変動を示す遺伝子が認められなかったことから、転写制御以外の機能に着目した。N末端ドメインを欠損するIL-33変異体を用いた検討により、IL-33はN末端ドメインによりクロマチンに結合することが見出された。光退色後蛍光回復法 (FRAP) により、IL-33はクロマチンに結合することで核内での移動が抑制されることが示された。また、クロマチンとの結合は、ネクローシスや低温刺激によるIL-33の放出を抑制することも示された。ネクローシスに際してIL-33はクロマチンと共に細胞外に放出され、ST2を介したサイトカイン産生を増強していた。以上より、IL-33の放出速度と生理活性はクロマチンによって調節されることが明らかになった。

    RSPO2

    LGR4/5/6非依存的なRSPO2によるRNF43とZBRF3の阻害は四肢の発生を司る

    原題:

    RSPO2 inhibition of RNF43 and ZNRF3 governs limb development independently of LGR4/5/6

    著者:

    Emmanuelle Szenker-Ravi, Umut Altunoglu, Marc Leushacke, Célia Bosso-Lefèvre, Muznah Khatoo, Hong Thi Tran, Thomas Naert, Rivka Noelanders, Amin Hajamohideen, Claire Beneteau, Sergio B. de Sousa, Birmsen Karaman, Xenia Latypova, Seher Başaran, Esra Börklü Yücel, Thong Teck Tan, Lena Vlaeminck, Shalini S. Nayak, Anju Shukla, Katta Mohan Girisha, Cédric Le Caignec, Natalia Soshnikova, Zehra Oya Uyguner, Kris Vleminckx, Nick Barker, Hülya Kayserili & Bruno Reversade

    雑誌:

    Nature, 557: 564–569. (2018)

    POINT!

    R-spondinファミリーに属する4つの分泌型リガンド(RSPO1¬–RSPO4)は受容体のLGR4/5/6を介してWNTシグナルを増強する。本研究で著者らはRSPO2遺伝子におけるヒトでの一連の劣性対立遺伝子変異が、肺の形成不全と四肢の完全欠損を呈するテトラ・アメリア症候群の原因であることを見出した。機能的解析によって、LGR4/5/6やRNF43、ZNRF3への結合能の異常とWNTシグナル増強効果の減少が明らかになり、これらの程度は対立遺伝子の重篤さと一致していた。しかしながら、意外なことに、Lgr4、Lgr5、Lgr6の全身性三重欠損マウスは既知のRspo2やRspo3欠損の表現型を再現することができなかった。さらに、Lgr4/5/6三重欠損細胞で内因性のRspo2やRspo3をノックダウンしたり、外からRSPO2やRSPO3を添加したりすると、WNTシグナルに影響を及ぼした。一方、著者らはアフリカツメガエルのrnf43とznrf3の二重欠失胚を作製すると、過剰肢の成長を誘導するのに十分であることを見出した。これらの結果は、RSPO2がLGR4/5/6受容体以外に、RNF43とZNRF3に対してアンタゴニスティックに作用するリガンドであり、RNF43とZNRF3が四肢のspecificationを司るマスタースイッチを構成していることを明らかにした。

    酸化特異的エピトープ

    酸化特異的エピトープは骨形成を抑制する

    原題:

    Oxidation-specific epitopes restrain bone formation

    著者:

    Elena Ambrogini, Xuchu Que, Shuling Wang, Fumihiro Yamaguchi, Robert S. Weinstein, Sotirios Tsimikas, Stavros C. Manolagas, Joseph L. Witztum & Robert L. Jilka

    雑誌:

    Nat Commun 9: 2193. (2018)

    POINT!

    動脈硬化症と骨粗鬆症は疫学的な相関が知られており、ホスホコリン(PC)や酸化型リン脂質(PC−OxPL)、マロンジアルデヒド(MDA) のような酸化特異的エピトープ(OSE)は両疾患の病因となる。自然抗体はOSEの病原性効果に対抗して恒常性を維持していると考えられている。著者らは酸化型低密度リポタンパク質に存在するPCを認識するIgM自然抗体E06の可変領域断片からなる一本鎖抗体(E06-scFv)をApoEプロモーター下流で発現するトランスジェニック(Tg)マウスにおいて、高脂肪食誘導性骨量減少が骨芽細胞数と骨形成の上昇によって抑制されることを発見した。同様に、MDAに結合するIK17の可変領域断片からなる一本鎖抗体(IK17-scFv)を発現するTgマウスでも高脂肪食誘導性骨量減少が抑制されていた。注目すべきことに、E06-scFv Tgマウスは通常食を与えたマウスでも骨量上昇を示した。また、血中抗PC IgM抗体量は老齢マウスで減少していることも確認された。以上の結果から著者らはOSEが、慢性的に産生されているか高脂肪食によって産生量が増加しているかにかかわらず、骨形成を低下させ、加齢に伴う抗OSE機構の破綻で加齢関連骨量減少に寄与することを見出した。すなわち、抗OSEは骨粗鬆症と動脈硬化とを同時に治療する新たなアプローチとなる可能性がある。

    ガラニン

    視床下部による代謝と骨密度の神経制御はガラニン依存的である

    原題:

    Neuronal hypothalamic regulation of body metabolism and bone density is galanin dependent

    著者:

    Anna Idelevich, Kazusa Sato, Kenichi Nagano, Glenn Rowe, Francesca Gori, and Roland Baron

    雑誌:

    J Clin Invest. 12: 2626-2641. (2018)

    POINT!

    脳内では視床下部腹側(VHT)がエネルギーと骨代謝を制御するが、この制御が同じ経路を介するかどうかは不明であった。VHTでのAP1シグナル伝達の変化がエネルギー消費、グルコース利用、骨密度を増加させるが、それぞれの経路に関与する特異的な神経細胞は同定されてはいなかった。著者らは、成体マウスに遺伝的・定位的手法を用い、FosB、2FosB、DNJunDなどのAP1アンタゴニストやFosBを、主にVHTの弓状核に存在するAgRP発現ニューロン、POMC発現ニューロンに導入することで、これらのニューロンでのAP1アンタゴニズムが全身エネルギー消費、グルコース消費、骨形成を刺激する一方、骨吸収に対しては異なる効果を有することを発見した。一方、視床下部腹内側核に存在するSF1発現ニューロンでのAP1活性を変化させると、エネルギー消費を増加させる一方、骨密度は減少させることから、これらのニューロン由来のエネルギー代謝と骨に対する影響が独立していることを示唆している。さらに、網羅的解析などからAP1アンタゴニストを発現させることで視床下部における神経メディエーターのガラニン発現量が上昇することを見出し、VHTでガラニンに対するshRNAを発現させたり、非選択的ガラニン受容体阻害剤M35の浸透圧ポンプによる脳室内投与を行ったりすると、FosB発現のエネルギー代謝や骨に対する影響が阻害されることも確認した。以上から、AP1アンタゴニズムによってAgRP発現ニューロンやPOMC発現ニューロンがエネルギー代謝を刺激し、骨密度を増加させることができ、ガラニンは中枢の下流エフェクター分子で、神経細胞から標的臓器までのシグナルに必要不可欠であることが明らかになった。一方、SF1発現ニューロンの結果から骨の恒常性は常に全身のエネルギー状態に制御されているわけではないことも示された。

    幹細胞

    Notch – V型コラーゲン – カルシトニン受容体のシグナル系は筋幹細胞を維持する

    原題:

    Reciprocal signalling by Notch–Collagen V–CALCR retains muscle stem cells in their niche

    著者:

    Meryem B. Baghdadi, David Castel, Léo Machado, So-ichiro Fukada, David E. Birk, Frederic Relaix, Shahragim Tajbakhsh & Philippos Mourikis

    雑誌:

    Nature. 557: 714–718. (2018)

    POINT!

    筋線維は多核のチューブ状の細胞で、幹細胞である衛星細胞が筋芽細胞に分化、さらに融合することで生じる。造血幹細胞がニッチにおいて静止期にとどめられるのと同様に、衛星細胞も周囲の細胞や細胞外基質からの何らかの刺激により増殖や分化が制御されると考えられているが、その詳細は不明である。著者らは、衛星細胞の静止状態の維持に関わるNotchと下流因子RBPJが各種コラーゲン分子のエンハンサーに結合することから、これらのコラーゲンの機能に着目した。その中で、V型コラーゲンはマウスより単離・培養した衛星細胞に添加することで、増殖と分化を抑制することを見出した。衛星細胞特異的にCol5a1遺伝子を欠損するマウスでは衛星細胞数の減少、筋細胞の増殖と分化の亢進を認めた。衛星細胞の幹細胞性維持に際して、カルシトニン受容体がV型コラーゲン受容体として機能することが示された。

    FOP

    線維芽細胞/脂肪細胞共通前駆細胞におけるアクチビンシグナルは進行性骨化性線維異形成症 (FOP) を引き起こす

    原題:

    Activin-dependent signaling in fibro/adipogenic progenitors causes fibrodysplasia ossificans progressiva

    著者:

    Lees-Shepard JB, Yamamoto M, Biswas AA, Stoessel SJ, Nicholas SE, Cogswell CA, Devarakonda PM, Schneider MJ Jr., Cummins SM, Legendre NP, Yamamoto S, Kaartinen V, Hunter JW, Goldhamer DJ

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-018-02872-2. (2018)

    POINT!

    進行性骨化性線維異形成症(FOP)は、BMPI型受容体であるACVR1の変異が原因で、筋組織に異所性骨を生じる希少疾患である。筋組織には幹細胞である衛星細胞、筋芽細胞といった筋固有の細胞をはじめ、線維芽細胞/脂肪細胞共通前駆細胞 (FAP)、血管内皮細胞、周皮細胞など様々な細胞が存在する。異所性骨化に際してはこれらの細胞が軟骨細胞や骨芽細胞に分化すると考えられているが、実際にどの細胞が骨芽細胞に分化するかは不明であった。著者らは複数の系統のCreマウスと、変異Acvr1を発現する新規の遺伝子改変マウスを用いることによって、骨格筋間質に存在するFAPが異所性骨化に際して骨芽細胞に分化し、その分化過程にアクチビンAが重要であることを示した。しかしながら、特異性の低いマーカーの組み合わせによりFAPの重要性を示しており、今後FAP特異的マーカーの探索と、そのマーカーに対応するCreを用いた実験により裏付けを行うことが重要である。

    TGF-β

    TGF-βの異常な活性化の阻害はマウスの異所性骨化の進行を抑制する

    原題:

    Inhibition of overactive TGF-β attenuates progression of heterotopic ossification in mice

    著者:

    Wang X, Li F, Xie L, Crane J, Zhen G, Mishina Y, Deng R, Gao B, Chen H, Liu S, Yang P, Gao M, Tu M, Wang Y, Wan M, Fan C, Cao X

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-018-02988-5. (2018)

    POINT!

    近年、FOP研究において、変異ACVR1のコンディショナルノックインマウスの作出、アクチビンAが変異受容体に対するリガンドであることの解明という大きな進歩があった。以降、異所性骨化に関する論文報告にしめるFOP研究の割合が増加している。異所性骨化は他にも外傷性骨化性筋炎や頭部外傷など様々な原因によって誘導される。著者らは、骨折の整復固定術や頭部外傷後の異所性骨化巣でSMAD2/3のリン酸化を認めたことから、異所性骨化にTGF-βが関与すると考えた。アキレス腱穿刺による異所性骨化モデルでは、受傷後に活性型TGF-βの血中濃度が上昇した。このモデルにおける異所性骨化巣にはマクロファージが集積しており、それらがTGF-βの主要な産生細胞であった。アキレス腱穿刺モデルにおける異所性骨化はTGF-βに対する中和抗体の投与やTGFBR2の欠損によって抑制され、これらの異所性骨化に対する関与が示された。

    関節炎

    自己免疫性関節炎において、Th17細胞は滑膜繊維芽細胞および自然リンパ球によるGM-CSF産生を誘導し、関節炎の発症および増悪化に寄与する

    原題:

    Autoimmune Th17 cells induced synovial stromal and innate lymphoid cell secretion of the cytokine GM-CSF to initiate and augment autoimmune arthritis.

    著者:

    Keiji Hirota, Motomu Hashimoto, Yoshinaga Ito, Mayumi Matsuura, Hiromu Ito, Masao Tanaka, Hitomi Watanabe, Gen Kondoh, Atsushi Tanaka, Keiko Yasuda, Manfred Kopf, Alexandre J. Potocnik, Brigitta Stockinger, Noriko Sakaguchi, Shimon Sakaguchi

    雑誌:

    Immunity doi: 10.1016/j.immuni.2018.04.009. [Epub ahead of print] (2018)

    POINT!

    自己免疫炎症において、Th17細胞が重要な役割を果たすことが知られている。しかしながら、 Th17細胞が他の細胞とどのように相互作用し、疾患の発症および増悪化を調整するのかに関しては未だ不明な点が多い。著者らは、自己免疫性関節炎の自然発症モデル(SKGマウス)において、Th17細胞が滑膜繊維芽細胞からのGM-CSF産生を誘導し、関節炎を惹起することを明らかにした。更に、炎症関節において自然リンパ球(主にILC2)が増殖していることを見出し、活性化した自然リンパ球がIL-2、IL-33、CpG DNAによる刺激に応答し、GM-CSFを産生することを明らかにした。滑膜繊維芽細胞あるいは自然リンパ球によるGM-CSFの産生を選択的に欠損させることにより、関節炎の発症および増悪化が有意に抑制された。関節リウマチ患者の滑膜液においても、GM-CSFを産生する自然リンパ球が増加していた。本研究により、Th17細胞と滑膜繊維芽細胞、自然リンパ球の相互作用による炎症カスケードの形成が、自己免疫性関節炎の発症および増悪において重要であることが示され、この経路を標的とした新規治療法の開発が期待される。

    滑膜繊維芽細胞

    関節リウマチにおける繊維芽細胞サブセットの機能的差異

    原題:

    . Functionally distinct disease-associated fibroblast subsets in rheumatoid arthritis.

    著者:

    Fumitaka Mizoguchi, Kamil Slowikowski, Kevin Wei, Jennifer L. Marshall, Deepak A. Rao, Sook Kyung Chang, Hung N. Nguyen, Erika H. Noss, Jason D. Turner, Brandon E. Earp, Philip E. Blazar, John Wright, Barry P. Simmons, Laura T. Donlin, George D. Kalliolias, Susan M. Goodman, Vivian P. Bykerk, Lionel B. Ivashkiv, James A. Lederer, Nir Hacohen, Peter A. Nigrovic, Andrew Filer, Christopher D. Buckley, Soumya Raychaudhuri & Michael B. Brenner

    雑誌:

    Nat Commun doi: 10.1038/s41467-018-02892-y. (2018)

    POINT!

    関節リウマチ(RA)の病態において、滑膜繊維芽細胞は様々な炎症性サイトカインやタンパク質分化酵素、破骨細胞分化誘導因子RANKLを産生し、関節破壊に必須の役割を果たすと考えられている。このような多彩な機能から、滑膜繊維芽細胞は均一な細胞集団ではなく、複数のサブセットから構成される可能性が示唆されていたが、その詳細は不明であった。著者らは、RA患者の滑膜組織より繊維芽細胞を単離し、シングルセル解析を行うことで、遺伝子発現パターンの異なる複数の滑膜繊維芽細胞サブセットを同定することに成功した。中でも、CD34¬-THY1+Podoplanin+cadherin-11+の集団は、RA滑膜の血管周囲で顕著に増殖しており、炎症性サイトカインやRANKLを高発現し、RAの病態形成に重要な役割を果たす可能性が示唆された。本研究成果は、RAの病態理解及び滑膜繊維芽細胞を標的とした治療法開発に繋がるのみならず、他の繊維芽細胞関連疾患の研究にも有用な分子基盤を提供しており、今後更なる発展が期待される。

    歯周病

    骨破壊性T細胞による生体防御

    原題:

    Host defense against oral microbiota by bone-damaging T cells

    著者:

    Masayuki Tsukasaki, Noriko Komatsu, Kazuki Nagashima, Takeshi Nitta, Warunee Pluemsakunthai, Chisa Shukunami, Yoichiro Iwakura, Tomoki Nakashima, Kazuo Okamoto and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Nat Commun doi: 10.1038/s41467-018-03147-6. (2018)

    POINT!

    関節リウマチにおいて、Th17細胞及びFoxp3陽性T細胞由来のTh17細胞(exFoxp3Th17細胞)が、局所炎症と破骨細胞による骨吸収を強力に誘導することで、関節破壊を引き起こすことが知られている。しかしながら、本来は腸管粘膜や皮膚などバリア部位において感染防御に働くTh17細胞が、骨破壊誘導能を有する理由は不明であった。著者らは、細菌感染に起因する炎症性骨疾患である歯周病のマウスモデルを解析し、骨破壊性T細胞(Th17細胞及びexFoxp3Th17細胞)が、口腔細菌依存的に歯周炎組織に集積し、抗菌免疫を惹起し細菌を排除すると同時に、破骨細胞による歯の支持骨吸収を誘導することで感染源である歯の脱落を促し、感染及び炎症を終息させる「諸刃の剣」として機能することを明らかにした。本研究で得られた知見により、関節リウマチや癌骨転移において単なる有害な炎症の副次的効果として捉えられてきた炎症性骨破壊という現象は、脊椎動物の進化の過程で保存されてきた原始的な生体防御システムである可能性が示唆された。

    血管内皮細胞

    骨量減少を改善するための骨格内皮ターゲッティング

    原題:

    Targeting skeletal endothelium to ameliorate bone loss

    著者:

    Ren Xu, Alisha Yallowitz, An Qin, Zhuhao Wu, Dong Yeon Shin, Jung-Min Kim,Shawon Debnath, Gang Ji, Mathias P. Bostrom, Xu Yang, Chao Zhang, Han Dong,Pouneh Kermani, Sarfaraz Lalani, Na Li, Yifang Liu, Michael G. Poulos, Amanda Wach, Yi Zhang, Kazuki Inoue, Annarita Di Lorenzo, Baohong Zhao, Jason M. Butler, Jae-Hyuck Shim, Laurie H. Glimcher and Matthew B. Greenblatt

    雑誌:

    Nat. Med. 24: 823-833 (2018)

    POINT!

    CD31 hi >endomucinhi(CD31hiEMCNhi)の特定のサブセットが骨形成を促すことが近年明らかとなってきているが、CD31hiEMCNhiがどのように骨形成を制御しているか詳細は不明である。筆者たちはShn3–/–マウスにおいて、骨量とCD31hiEMCNhiサブセットが増加することを見出した。Dmp1 cre及びOsteocalcin creを使用し骨芽細胞系列においてShn3を欠損させたマウスは、骨量増加の表現型を示した。筆者たちは、Shn3–/–マウスの骨芽細胞ではSlit3発現が上昇しており、骨芽細胞から産生されるSlit3はCD31hi<?EMCNhi内皮細胞の形成を促進することを明らかにした。実際にOsx creを用いてSlit3を欠損させると、CD31hiEMCNhi内皮細胞の減少とともに骨量が低下した。リコンビナントSlit3の投与は、骨折治癒を促進し卵巣摘出骨粗鬆症マウスモデルの骨量減少を抑制した。この報告により、血管をターゲットにした新たな骨形成治療法戦略につながる可能性がでてきた。

    軸索ガイダンス因子

    破骨細胞が分泌するSLIT3は骨吸収と骨形成の調節をする

    原題:

    Osteoclast-secreted SLIT3 coordinates bone resorption and formation

    著者:

    Beom-Jun Kim, Young-Sun Lee, Sun-Young Lee, Wook-Young Baek, Young Jin Choi, Sung Ah Moon, Seung Hun Lee, Jung-Eun Kim, Eun-Ju Chang, Eun-Young Kim, Jin Yoon, Seung-Whan Kim, Sung Ho Ryu, Sun-Kyeong Lee, Joseph A. Lorenzo, Seong Hee Ahn, Hyeonmok Kim, Ki-Up Lee, Ghi Su Kim, and Jung-Min Koh

    雑誌:

    J Clin Invest 128: 1429-1441 (2018)

    POINT!

    カップリングは骨代謝のリモデリング期に、骨吸収と骨形成を時空間的に制御する。既報により、骨芽細胞の機能調節において、破骨細胞に由来するカップリング因子が重要であることは予想されている。筆者らは、破骨細胞分泌タンパク質を分画し、骨芽細胞の遊走を促進する因子を探索したところSlit3を見出した。Slit3は-カテニンを活性化することで、骨芽細胞の遊走と増殖を促進する一方、骨吸収は阻害することがわかった。実際に、Slit3–/–マウスと、Slit3の受容体Robo1を欠損するマウスは骨形成減少と骨吸収上昇による骨量減少を呈した。破骨細胞特異的Slit3欠損マウス(Ctsk cre使用)は骨量が減少していたが、神経特異的Slit3欠損マウス(nestn cre使用)、骨芽細胞得意的Slit3欠損マウス(Col2.3 cre使用)では骨量に変化はなかった。以上の結果から、筆者たちは破骨細胞から産生されるSlit3が骨吸収と骨形成の調節をしていると結論づけた。また、閉経後の女性の中でも血中のSlit3のレベルが高い群は高いBMDとの相関があり、Slit3投与は卵巣摘出骨粗鬆症モデルマウスで見られる骨量減少を抑制した。骨形成を促し、骨吸収を阻害する薬剤としてのSlit3の可能性を示唆した。

    スフィンゴシン-1-リン酸(S1P)

    骨量減少のアナボリック治療標的としてのスフィンゴシン-1-リン酸リアーゼ

    原題:

    Targeting sphingosine-1-phosphate lyase as an anabolic therapy for bone loss

    著者:

    Sarah Weske, Mithila Vaidya, Alina Reese, Karin von Wnuck Lipinski, Petra Keul, Julia K Bayer, Jens W Fischer, Ulrich Flögel, Jens Nelsen4, Matthias Epple, Marta Scatena5, Edzard Schwedhelm, Marcus Dörr, Henry Völzke10, Eileen Moritz, Anke Hannemann, Bernhard H Rauch, Markus H Gräler, Gerd Heusch and Bodo Levkau

    雑誌:

    J Clin Invest 128: 1429-1441 (2018)

    POINT!

    本研究では、S1Pの非可逆的分解を担う酵素、S1Pリアーゼを誘導的に欠失、あるいは4-デオキシピロドキシンによってS1Pリアーゼを阻害すると、骨形成、骨量、骨強度が著しく増加し、白色脂肪組織が減少することが示された。筆者たちはS1P-S1P2を介するシグナルが、PPAR-の発現低下を促すことで、脂肪細胞への分化が抑制され、骨芽細胞形成を促進することを見出した。S1P2はS1Pの受容体の一つであるが、S1P-S1P2はp38-GSK3b-bカテニンシグナルとWnt5a-LRP5経路を介してオステオプロテジェリンを誘導することで、破骨細胞形成を阻害していた。実際に、S1P2欠損マウスでは骨量が減少し、脂肪細胞が増加した。さらに、卵巣摘出骨粗鬆症マウスモデルにS1Pリアーゼ阻害剤を投与すると、PTHの間歇投与と同レベルの骨量増加が見られた上に、PTHの間歇投与で観察されるような破骨細胞の活性化はほとんど抑えられていた。骨形成を上昇させながらも骨吸収を抑制できるようなS1Pを軸にした新しい薬剤開発の可能性が提示された。

    生体内イメージング

    in vivoにおける成熟骨芽細胞と成熟破骨細胞間の直接的な接触がそれら細胞の機能を制御する

    原題:

    Direct cell–cell contact between mature osteoblasts and osteoclasts dynamically controls their functions in vivo

    著者:

    Masayuki Furuya, Junichi Kikuta, Sayumi Fujimori, Shigeto Seno, Hiroki Maeda, Mai Shirazaki, Maki Uenaka, Hiroki Mizuno, Yoriko Iwamoto, Akito Morimoto, Kunihiko Hashimoto, Takeshi Ito, Yukihiro Isogai, Masafumi Kashii, Takashi Kaito, Shinsuke Ohba, Ung-il Chung, Alexander C. Lichtler, Kazuya Kikuchi, Hideo Matsuda, Hideki Yoshikawa and Masaru Ishii

    雑誌:

    Nat Commun, doi: 10.1038/s41467-017-02541-w. (2018)

    POINT!

    骨の恒常性は骨形成を行う成熟骨芽細胞と骨吸収を行う成熟破骨細胞の間のコミュニケーションによって制御されている。しかしながら、in vivoにおけるその時空間的な関係や相互作用の態様は明らかにされてはいなかった。本研究で、著者らはCol2.3-ECFP/TRAP-tdTomatoトランスジェニックマウスを用いた生体内イメージング技術を駆使し、成熟骨芽細胞と成熟破骨細胞の機能が直接的な細胞間接着を介して制御されていることを明らかにした。定常状態では成熟骨芽細胞と成熟破骨細胞はそれぞれ数十細胞単位で小集団を形成して別々の領域に存在し、直接的な細胞間接触は時空間的に限られた領域でのみ観察された。この直接的な細胞間接触の多くは、成熟破骨細胞の突起が成熟骨芽細胞に伸びた構造をしていた。また、pH感受性蛍光プローブを用いた解析から、成熟骨芽細胞と接触していない成熟破骨細胞が骨吸収に際してプロトンを分泌する一方、成熟骨芽細胞と接触する成熟破骨細胞は骨吸収を行わないことが明らかになった。すなわち、成熟骨芽細胞が直接的な接触によって骨吸収を抑制する可能性が示唆された。さらに、著者らは副甲状腺ホルモン間歇的に投与すると、生体骨組織内において成熟骨芽細胞と成熟破骨細胞の混在した状態を引き起こし、細胞間接触を増加させ、骨吸収能を抑制することを見出した。以上から、成熟骨芽細胞-成熟破骨細胞間の時空間的な細胞間相互作用がin vivoにおける骨の恒常性、特に骨吸収に影響することが明らかにされた。

    骨細胞

    ラット・マウスでのレプチン非依存的な脂肪量調節に関する体重の恒常系

    原題:

    Body weight homeostat that regulates fat mass independently of leptin in rats and mice

    著者:

    John-Olov Jansson, Vilborg Palsdottir, Daniel A. Hägg, Erik Schéle, Suzanne L. Dickson, Fredrik Anesten, Tina Bakea, Mikael Montelius, Jakob Bellman, Maria E. Johansson, Roger D. Cone, Daniel J. Drucker, Jianyao Wu, Biljana Aleksic, Anna E. Törnqvist, Klara Sjögren, Jan-Åke Gustafsson, Sara H. Windahl, and Claes Ohlsson

    雑誌:

    Proc Natl Acad Sci,115, 427-432 (2018)

    POINT!

    座っている時間が長いほど肥満のリスクが上昇することが報告されているが、一方で立っていることによる抗肥満効果のメカニズムは不明である。著者らは、おもりを腹腔内、もしくは背部皮下に挿入することで、げっ歯類の動物に対し体重負荷を増加する実験を行ったところ、これらの動物では逆に食餌量の低下を誘導し、体重が減少した。重要なことに、体重負荷の上昇によって食餌誘導性肥満やグルコース耐性を改善した。この現象はレプチンを欠損したob/obマウスや、野生型マウスにレプチンを投与してもコントロールマウスと同程度観察されたことから、体重の恒常系としてレプチン非依存的な脂肪量制御のための2つの独立した負のフィードバック機構が存在する可能性が示された。さらに著者らは、骨細胞が骨への負荷の変化を感知することが知られていることから、Dmp1-CreとiDTRマウスを交配し、DTを投与することによる骨細胞(および後期骨芽細胞)除去マウスを作製し同様の実験を行ったところ、これらのマウスでは負荷を増加することによる体重減少効果が観察されなかった。一方、グレリン受容体欠損マウスやGLP-1欠損マウス、MC4R欠損マウス、ERα欠損マウスでは負荷による体重減少効果がコントロールマウスと同様に観察された。以上から、著者らは体重の上昇が体重負荷のかかる骨に存在する骨細胞依存的なセンサーを活性化し、それによって求心性のシグナルを誘導し体重を減少させる可能性が示唆された。これらの発見はレプチン非依存的に脂肪量を制御する、体重負荷による体重の恒常系(gravitostat)が存在することを証明した。

    骨質

    骨細胞内でのTGF-βシグナルは骨小腔周囲-骨細管リモデリングを介して骨質を制御する

    原題:

    Osteocyte-Intrinsic TGF-β Signaling Regulates Bone Quality through Perilacunar/Canalicular Remodeling

    著者:

    Neha S. Dole, Courtney M. Mazur, Claire Acevedo, Justin P. Lopez, David A. Monteiro, Tristan W. Fowler, Bernd Gludovatz, Flynn Walsh, Jenna N. Regan, Sara Messina, Daniel S. Evans, Thomas F. Lang, Bin Zhang, Robert O. Ritchie, Khalid S. Mohammad, and Tamara Alliston

    雑誌:

    Cell Rep, 21, 2585–2596 (2017)

    POINT!

    骨強度には骨量と骨質の両方重要であるにもかかわらず、骨質を制御するメカニズムは不明な点が残されており、骨質を標的とした治療が難しいのが現状である。TGF-βは骨基質中に豊富に存在し、カップリング因子として骨リモデリング制御機構において重要な役割を担っているが、骨細胞における役割については不明であった。これまでに、骨細胞が直接的にその周囲の骨小腔周囲-骨細管を再構築することが示されているが、本研究で著者らは、骨細胞内でのTGF-βシグナル伝達が、骨小腔周囲-骨細管リモデリング(PLR)を介して骨質を維持することを明らかにした。TGF-β-receptor I(TβRI)キナーゼ阻害剤や、TGF-β-receptor II (TβRII)floxedマウスとDmp1-Creマウスを交配した骨細胞(及び後期骨芽細胞)特異的TβRII欠損マウス(TβRIIocy–/–)を用いることで、著者らはTGF-βが骨細胞に直接的に作用してPLR関連酵素の発現を制御し、それによって骨細胞による骨質の制御に関与することを示した。さらに、TβRIIocy–/–マウスの大腿骨を機械的特性および材料挙動の観点から調べたところ、野生型マウスと比べて有意に骨質が低下していることが明らかになった。すなわち、TGF-βは骨細胞におけるPLRの制御因子であり、骨細胞はPLRを介して能動的に骨質を維持する細胞であると考えられる。

    骨細胞分化

    IGF-1によるPTH受容体のリン酸化は骨芽細胞の骨細胞への分化を促進する

    原題:

    IGF-I induced phosphorylation of PTH receptor enhances osteoblast to osteocyte transition

    著者:

    Tao Qiu, Janet L. Crane, Liang Xie, Lingling Xian, Hui Xie and Xu Cao

    雑誌:

    Bone Res. doi: 10.1038/s41413-017-0002-7. (2018)

    POINT!

    骨芽細胞は間葉系幹細胞から分化し、骨基質を産生する。骨芽細胞の一部は骨基質に埋入し、多数の細胞突起を有する骨細胞へと分化する。間葉系幹細胞の骨芽細胞分化を制御する分子メカニズムの理解が進んできた一方で、骨芽細胞の骨細胞分化を制御するメカニズムには不明な点が多い。著者らは、IGF-1存在下でPTHが骨細胞分化を促進することを見出し、両者の協調作用の解析を行った。その結果、IGF-1受容体のIGF1RはPTH受容体のPTH1RのY494をリン酸化することが分かった。同部位のリン酸化によりPTH1Rは細胞骨格のアクチンフィラメント先端部に結合した。これによりアクチン重合が促進し、長い細胞突起を有する骨細胞が形成された。

    関節炎

    関節炎の活動性に応じた薬物徐放ゲルの開発

    原題:

    Towards an arthritis flare-responsive drug delivery system

    著者:

    Nitin Joshi, Jing Yan, Seth Levy, Sachin Bhagchandani, Kai V. Slaughter, Nicholas E. Sherman, Julian Amirault, Yufeng Wang, Logan Riegel, Xueyin He, Tan Shi Rui, Michael Valic, Praveen K. Vemula, Oscar R. Miranda, Oren Levy, Ellen M. Gravallese, Antonios O. Aliprantis, Joerg Ermann and Jeffrey M. Karp

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-018-03691-1. (2018)

    POINT!

    ドラッグデリバリーシステムにより薬物動態を制御することで、薬物の作用を増強し、副作用を軽減することができる。関節炎治療において、関節内への薬物の単回投与は半減期が短いため有効ではないとされている。そこで、著者らは薬物の放出を制御することで薬効を持続させる材料の開発に取り組んだ。炎症巣のMMPにより分解されるハイドロゲルにステロイド薬を封入し、ハイドロゲル–ステロイド製剤を作製した。この製剤を関節炎モデルマウスに投与したところ、炎症巣でハイドロゲルは分解した。単回投与でも約二週間にわたり薬効を発揮し、関節炎を軽減した。

    MRSA

    Persister MRSAにも有効なレチノイン酸を基本構造とする新規抗菌薬の開発

    原題:

    A new class of synthetic retinoid antibiotics effective against persisters

    著者:

    Wooseong Kim, Wenpeng Zhu, Gabriel Lambert Hendricks, Daria Van Tyne, Andrew D. Steele, Colleen E. Keohane, Nico Fricke, Annie L. Conery, Steven Shen, Wen Pan, Kiho Lee, Rajmohan Rajamuthiah, Beth Burgwyn Fuchs, Petia M. Vlahovska, William M. Wuest, Michael S. Gilmore, Huajian Gao, Frederick M. Ausubel and Eleftherios Mylonakis

    雑誌:

    Nature. 556: 103-107. (2018)

    POINT!

    増殖活性の低いpersister状態にある細菌は、細胞増殖を標的とした抗菌薬に対して抵抗性を示すため、細菌感染症治療において大きな障害となる。著者らは線虫のMRSA感染モデルを用いたスクリーニング系により候補薬物の抽出を行い、二種類のレチノイン酸誘導体に着目した。これらの薬物はpersisterを含めMRSAに対し殺菌作用を示した。また、耐性菌の出現も長期間認めなかった。抗菌作用の解析の結果、細胞膜外膜に取り込まれ膜機能を阻害することが明らかになった。抽出された薬物だけでなく、そのアナログにも同様の薬効を示すものが見出され、レチノイン酸誘導体が新たな抗菌薬のクラスとなる可能性が示唆された。

    腸内細菌叢

    塩感受性腸内細菌はTH17細胞と疾患を制御する

    原題:

    Salt-responsive gut commensal modulates TH17 axis and disease.

    著者:

    Nicola Wilck, Mariana G. Matus, Sean M. Kearney, Scott W. Olesen, Kristoffer Forslund, Hendrik Bartolomaeus, Stefanie Haase, Anja Mähler, András Balogh, Lajos Markó, Olga Vvedenskaya, Friedrich H. Kleiner, Dmitry Tsvetkov, Lars Klug, Paul I. Costea, Shinichi Sunagawa, Lisa Maier, Natalia Rakova, Valentin Schatz, Patrick Neubert, Christian Frätzer, Alexander Krannich, Maik Gollasch, Diana A. Grohme, Beatriz F. Côrte-Real, Roman G. Gerlach, Marijana Basic, Athanasios Typas, Chuan Wu, Jens M. Titze, Jonathan Jantsch, Michael Boschmann, Ralf Dechend, Markus Kleinewietfeld, Stefan Kempa, Peer Bork, Ralf A. Linker, Eric J. Alm and Dominik N. Müller

    雑誌:

    Nature. 551: 585-589. (2017)

    POINT!

    西洋スタイルの食事にみられる過度な食塩の摂取は高血圧や循環器疾患を導く恐れがある。TH17細胞は腸内細菌によって誘導され、自己免疫疾患や高血圧に関与することが示唆されている。しかし、塩が腸内細菌に与える影響は不明である。筆者らは、マウスにおいて、高塩食の摂取がLactobacillus Murinusの割合を減少させることでTH17細胞が増加することを報告した。L. Murinusの投与により、生体内のTH17細胞が減少することで、実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)の高塩食による悪化や塩感受性高血圧が改善された。この所見に基づき、ヒトに対する高塩食の投与試験を実施したところ、腸内Lactobacillus属の減少や血中TH17細胞の増加、血圧の上昇が認められた。本研究から、腸内細菌が免疫関連疾患の治療ターゲットの有力な候補であることが示された。

    T細胞

    Syk/PI3K経路は炎症性T細胞の分化プログラムを誘導する

    原題:

    TCR recruits the Syk/PI3K axis to drive proinflammatory differentiation program

    著者:

    Ryunosuke Muro, Takeshi Nitta, Kenta Nakano, Tadashi Okamura, Hiroshi Takayanagi, and Harumi Suzuki

    雑誌:

    J Clin Invest. 128: 415-426. (2018)

    POINT!

    T細胞は感染初期の生体防御を担う細胞であり、自然免疫から適応免疫への円滑な移行に重要である。近年、IL-17産生型>T(T17)細胞は、骨損傷時の骨形成を促進することが報告され、その重要性に関心が集まっているが、その詳細な分化メカニズムには不明な点が多く残されている。今回、筆者らは抗原受容体近傍のチロシンキナーゼであるSykがTCRシグナル伝達およびT17細胞の分化に重要であることを報告している。Syk欠損マウスでは、TCRシグナルが著しく障害され、 T17細胞の分化が停止していた。Sykを欠損するT前駆細胞にT細胞の主要なチロシンキナーゼであるZap70を過剰発現させたが、T17細胞の分化は回復しなかった。SykはPI3K/AKT経路の活性化にも重要であり、PI3KはT17細胞の分化に必須の分子であることが明らかとなった。さらに筆者らは、TCRとSykのリクルートに必要とされるアダプタータンパク質、RhoHもTCRシグナル伝達に重要であることを報告している。以上から、Sykを介した非典型的なTCRシグナルがT17細胞の分化を誘導していることが明らかとなった。

    骨芽細胞

    骨芽細胞は肺腫瘍にがん促進SiglecFhigh好中球を遠隔供給する

    原題:

    Osteoblasts remotely supply lung tumors with cancer-promoting SiglecFhigh neutrophils

    著者:

    Camilla Engblom, Christina Pfirschke Rapolas Zilionis, Janaina Da Silva Martins, Stijn A. Bos, Gabriel Courties, Steffen Rickelt, Nicolas Severe, Ninib Baryawno, Julien Faget, Virginia Savova, David Zemmour, Jaclyn Kline, Marie Siwicki, Christopher Garris, Ferdinando Pucci, Hsin-Wei Liao, Yi-Jang Lin, Andita Newton, Omar K. Yaghi, Yoshiko Iwamoto, Benoit Tricot, Gregory R. Wojtkiewicz, Matthias Nahrendorf, Virna Cortez-Retamozo, Etienne Meylan, Richard O. Hynes, Marie Demay, Allon Klein, Miriam A. Bredella, David T. Scadden, Ralph Weissleder, and Mikael J. Pittet

    雑誌:

    Science. 358: eaal5081. (2017)

    POINT!

    腫瘍中にはミエロイド系免疫細胞が見出されており、様々な種類のがんにおいて、ミエロイド系細胞が患者の生命予後を左右することが明らかになってきている。全てのミエロイド系細胞は骨髄から発生し、骨髄は骨芽細胞を含む骨構成細胞により維持されている。筆者らが肺がんモデルマウスと肺がん患者を調べたところ、骨転移が起きていないにも関わらず、骨芽細胞の活性化を増進していることがわかった。また、腫瘍細胞の生着は血中の好中球と相関があり、これには骨芽細胞の活性化が必要であった。骨芽細胞を欠失させるとSiglecFlow好中球には変化がなかったが、SiglecFhigh好中球が有意に減少した。この骨芽細胞にサポートされるSiglecFhigh好中球は、血管新生やミエロイド系の分化・遊走に関わるような腫瘍促進過程に関連した遺伝子発現が上昇していた。多くのがん患者において、骨量はむしろ減少することが知られていることを考慮すると、より詳細な検討が必要であるものの、この報告により骨芽細胞が肺がんの治療標的としての候補となる可能性が示された。

    CCR5

    HIVの補助受容体であるCCR5は破骨細胞の機能を制御する

    原題:

    The HIV co-receptor CCR5 regulates osteoclast function.

    著者:

    Ji-Won Lee, Akiyoshi Hoshino, Kazuki Inoue, Takashi Saitou, Shunsuke Uehara, Yasuhiro Kobayashi, Satoshi Ueha, Kouji Matsushima, Akira Yamaguchi, Yuuki Imai and Tadahiro Iimura

    雑誌:

    Nat Commun. doi: 10.1038/s41467-017-02368-5. (2017)

    POINT!

    ケモカイン受容体CCR5は、主にT細胞、樹状細胞、単球、マクロファージといった免疫系の細胞に発現しており、HIVの補助受容体として知られている。CCR5阻害薬はHIV感染患者の延命に貢献してきたが、その長期服用が骨代謝に与える影響は不明であった。著者らは、ヒト破骨細胞培養系やCCR5欠損マウスを用いた詳細な解析から、CCR5シグナルは破骨細胞の細胞骨格や接着分子の制御を介して、骨吸収機能を正に制御することを明らかにした。本研究で得られた知見から、CCR5阻害薬の服用は破骨細胞の機能を抑制することで、骨粗鬆症や骨折のリスクを低減させる可能性が示唆された。

    破骨細胞

    HIVは破骨細胞に感染し、骨吸収を促進する

    原題:

    Bone degradation machinery of osteoclasts: An HIV-1 target that contributes to bone loss.

    著者:

    Brigitte Raynaud-Messina, Lucie Bracq, Maeva Dupont, Shanti Souriant, Shariq M. Usmani, Amsha Proag, Karine Pingris, Vanessa Soldan, Christophe Thibault, Florence Capilla, Talal Al Saati, Isabelle Gennero, Pierre Jurdic, Paul Jolicoeur, Jean-Luc Davignon, Thorsten R. Mempel, Serge Benichou, Isabelle Maridonneau-Parini and Christel Vérollet

    雑誌:

    Proc Natl Acad Sci U S A. 115: E2556-E2565. (2018)

    POINT!

    HIV感染患者は健常人と比較し、骨粗鬆症や骨折のリスクが高いことが報告されているが、その原因の詳細は不明であった。本研究では、HIVが直接破骨細胞に感染することを、ヒト化マウスを用いたin vivo感染実験、ヒト滑膜組織へのex-vivo感染実験、ヒト破骨細胞培養系へのin vitro感染実験により証明した。HIV は構成タンパク質NEFを介し、破骨細胞の融合及び骨吸収機能を促進することが明らかとなり、この経路がHIV感染患者の骨量減少メカニズムの一端を担うことが示唆された。

  • GWAS解析

    踵骨骨密度と関連のある新たな153の遺伝子座とGPC6の骨粗鬆症における機能的相関の同定

    原題:

    Identification of 153 new loci associated with heel bone mineral density and functional involvement of GPC6 in osteoporosis.

    著者:

    John P Kemp, John A Morris, Carolina Medina-Gomez, Vincenzo Forgetta, Nicole M Warrington, Scott E Youlten, Jie Zheng, Celia L Gregson, Elin Grundberg, Katerina Trajanoska, John G Logan, Andrea S Pollard, Penny C Sparkes, Elena J Ghirardello, Rebecca Allen, Victoria D Leitch, Natalie C Butterfield, Davide Komla-Ebri, Anne-Tounsia Adoum, Katharine F Curry, Jacqueline K White, Fiona Kussy, Keelin M Greenlaw, Changjiang Xu, Nicholas C Harvey, Cyrus Cooper, David J Adams, Celia M T Greenwood, Matthew T Maurano, Stephen Kaptoge, Fernando Rivadeneira, Jonathan H Tobias, Peter I Croucher, Cheryl L Ackert-Bicknell, J H Duncan Bassett, Graham R Williams, J Brent Richards, David M Evans

    雑誌:

    Nat Genet, doi: 10.1038/ng.3949 (2017)

    POINT!

    著者らは英国バイオバンクに登録された142,487人のGWAS解析を行い、超音波法によって測定した踵骨の骨塩量と関連のある遺伝子座を同定した。この解析によって、ゲノムワイドで有意差を示す203遺伝子座における307の条件付き独立性をもつSNPを同定し、これらのSNPによって骨塩量の相違の約12%が説明できることが示された。これらには153のこれまでに報告のない遺伝子座や、大きな効果量をもつレアバリアントが含まれていた。さらなる詳細な解析のため、著者らは(1)バイオインフォマティクスによる機能的ゲノムアノテーションとヒト骨芽細胞の遺伝子発現解析、(2)遺伝子機能予測、(3)条件付き独立性をもつlead SNPに近接した120遺伝子の全ノックアウトマウスにおけるマイクロCTや骨強度解析による骨の表現型解析、(4)マウス骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞の遺伝子発現解析、の一連の解析を行い、ヘパラン硫酸プロテオグリカンファミリーに属するGPIアンカー型タンパク質をコードするGPC6が新たな骨塩量の決定因子であることが示された。

    オステオカルシン

    Gpr158はオステオカルシンによる認知機能制御を媒介する

    原題:

    Gpr158 mediates osteocalcin’s regulation of cognition.

    著者:

    Lori Khrimian, Arnaud Obri, Mariana Ramos-Brossier, Audrey Rousseaud, Stéphanie Moriceau, Anne-Sophie Nicot, Paula Mera, Stylianos Kosmidis, Theodoros Karnavas, Frederic Saudou, Xiao-Bing Gao, Franck Oury, Eric Kandel, Gerard Karsenty

    雑誌:

    J Exp Med, doi: 10.1084/jem.20171320 (2017)

    POINT!

    骨由来ホルモンであるオステオカルシン(OCN)は様々な生理学的機能を有することが明らかにされてきた。最近、著者らはOCNが海馬依存的記憶の向上や不安様行動の抑制に関わることを報告したが、加齢に伴う血中OCN減少がみられるマウスにおいて、OCNの投与によってそれら老齢マウスの行動を改善するのに十分であるかどうか、ということや、神経細胞でのOCNシグナル伝達を担う受容体は何か、という疑問が残されていた。本論文で、著者らは若齢マウス血漿の老齢マウスへの投与によって誘導される、記憶に対する有益的効果に血漿中のOCNの存在が必須であることや、OCNの末梢への投与のみでも、老齢マウスに同様の作用を発揮することを明らかにした。さらに、遺伝学的・電気生理学的・分子生物学的・行動学的な解析から、オーファンGタンパク質共役型受容体であるGpr158が海馬CA3領域の神経細胞で発現し、OCNシグナルによって制御される海馬依存的記憶を、イノシトール1,4,5-三リン酸とBDNFを介して伝達することを明らかにした。これらの結果は外因性のOCNがマウスの海馬依存的記憶を改善し、OCNシグナルに作用する分子が治療標的となることを示唆している。

    骨吸収

    Pkn3はWnt5a-Ror2シグナル下流で破骨細胞による骨吸収を促進する

    原題:

    Protein kinase N3 promotes bone resorption by osteoclasts in response to Wnt5a-Ror2 signaling.

    著者:

    Shunsuke Uehara, Nobuyuki Udagawa, Hideyuki Mukai, Akihiro Ishihara, Kazuhiro Maeda, Teruhito Yamashita, Kohei Murakami, Michiru Nishita, Takashi Nakamura, Shigeaki Kato, Yasuhiro Minami, Naoyuki Takahashi, Yasuhiro Kobayashi

    雑誌:

    Sci Signal, 10, eaan0023 (2017)

    POINT!

    破骨細胞におけるアクチンリング形成のための細胞骨格再構成には骨への接着と骨基質の吸収が必須である。著者らはWnt5aが成熟破骨細胞から分泌され、Ror2に結合することで細胞骨格の再構成に関わる低分子量GTPaseのRhoを活性化し、Rho下流のエフェクターキナーゼであるPkn3がアクチンリング形成に必要不可欠なチロシンキナーゼc-SrcやPyk2と結合してその活性を上昇させることで骨吸収活性を促進することを明らかにした。CtskCreによる破骨細胞特異的なRor2欠損マウスや全身性のPkn3欠損マウスでは骨形成や破骨細胞数が正常である一方、骨吸収が低下することによって骨量の有意な増加がみられた。これらのマウス由来破骨細胞は、c-Srcのキナーゼ活性や、骨吸収能、アクチンリング形成能が低下しており、Ror2欠損破骨細胞に恒常的活性化型のRhoAを過剰発現させることで、骨吸収活性が回復した。また、Pkn3のプロリンリッチ領域とキナーゼドメインの両者がPkn3欠損破骨細胞の骨吸収活性を回復させるのに必要であった。すなわち、Pkn3はWnt5a-Ror2-Rhoシグナルの下流で骨吸収を促進し、この経路が骨関連疾患の治療標的となりうることが示された。

    チェルビズム

    c-Fos欠損を併せ持つチェルビズムマウスは、TRAP+破骨細胞がないにも関わらずMMP14を発現するマクロファージによる炎症性骨破壊を呈する

    原題:

    Cherubism mice also deficient in c-Fos exhibit inflammatory bone destruction executed by macrophages that express MMP14 despite the absence of TRAP+ osteoclasts.

    著者:

    Mizuho Kittaka, Kotoe Mayahara, Tomoyuki Mukai, Tetsuya Yoshimoto, Teruhito Yoshitaka, Jeffrey P. Gorski, Yasuyoshi Ueki

    雑誌:

    J. Bone Miner. Res., doi: 10.1002/jbmr.3295 (2017)

    POINT!

    チェルビズムは、両側の上下顎骨領域に発生する線維性炎症性組織の増殖により天使様顔貌を呈し、顎骨の破壊を特徴とする。シグナルアダプター分子SH3BP2の機能獲得変異が原因とされ、ヒト患者と同様の変異を導入したSh3BP2KI/KIマウスは疾患モデルマウスとして使用される。また、このマウスでは炎症性関節破壊が認められる。c-fosノックアウトマウス(c-fos–/–マウス)には破骨細胞は存在しないが、SH3BP2KI/KIマウスとc-fos–/–マウスを掛け合わせると、破骨細胞が存在しないにも関わらず、骨破壊を認めた。骨破壊されていた局所にはF4/80陽性のマクロファージが存在し、マクロファージがいないマウスでは骨破壊は抑制された。さらに、MMP14阻害剤であるNSC405020投与でも骨破壊を抑制でき、マクロファージに発現しているMMP14がこのマウスで観察される骨吸収に必須であることが分かった。

    老化

    細胞老化を標的にすることでマウスでの老化関連骨量低下を抑制する

    原題:

    Targeting cellular senescence prevents age-related bone loss in mice.

    著者:

    Joshua N Farr, Ming Xu, Megan M Weivoda, David G Monroe, Daniel G Fraser, Jennifer L Onken, Brittany A Negley, Jad G Sfeir, Mikolaj B Ogrodni, Christine M Hachfeld, Nathan K LeBrasseur, Matthew T Drake, Robert J Pignolo, Tamar Pirtskhalava, Tamara Tchkonia, Merry Jo Oursler, James L Kirkland1 & Sundeep Khosla

    雑誌:

    Nat. Med., 23: 1072-1079 (2017)

    POINT!

    治療的に老化細胞を標的にすることは、複数の加齢性合併症を抑制できることが示されている。著者らは、加齢性骨量減少においても老化細胞をターゲットとすることが有用であるということを3つの系を用いて示した。1つ目は、薬物の投与時にp16Ink4aを発現する老化細胞の誘導性排除を可能にする「自殺」導入遺伝子INK-ATTACを用いて老化細胞を排除する方法である。2つ目は、薬理学的にダサチニブとケルセチンの同時投与により老化細胞を除去する方法「senolytic(老化細胞除去)」である。3つ目はJAK阻害剤で、老化細胞が産生するsenescence Associated Secretory Phenotype (SASP)を阻害する方法である。SASPは炎症性サイトカイン、ケモカイン、細胞外マトリックス分解タンパク質などを含み、パラクラインなシステム、あるいは全身に有害な影響をもたらすと考えられている。いずれの方法においても、老化細胞を除去すると、骨吸収の低下を伴う海綿骨および皮質骨のパラメーターの改善と、海綿骨での骨形成維持及び皮質骨での骨形成増加を示した。In vitroの解析により老化した状況では骨芽細胞の石灰化が阻害され、破骨細胞前駆細胞の生存を促進することで、骨量減少に傾くことを示した。

    MCi細胞

    Col6a1-CreによるM細胞誘導細胞におけるRANKLの標的欠失

    原題:

    Targeted deletion of RANKL in M cell inducer cells by the Col6a1-Cre driver

    著者:

    Nagashima K, Sawa S, Nitta T, Prados A, Koliaraki V, Kollias G, Nakashima T, Takayanagi H.

    雑誌:

    Biochem Biophys Res Commun. 2017 S0006-291X(17)31762-X

    POINT!

    腸管関連リンパ組織(GALT)の濾胞関連上皮(FAE)に局在するM細胞はパイエル板への抗原取り込みに重要な役割を担っている。近年、M細胞を誘導する間葉系細胞としてM細胞誘導(MCi)細胞が同定された。MCi細胞はRANKLを発現しており、M細胞の誘導を介して腸内細菌特異的IgAの産生に寄与する。以前、著者らはMCi細胞を含む間葉系細胞特異的に遺伝子を欠失させるCreマウスとしてTwist2-Creマウスが有用であることを報告した。しかし、MCi細胞をより深く研究するためにも、GALTの間葉系細胞における特異性を保持する、複数のCreラインの検討が重要と考えられる。そのため、本研究ではTwist2-CreマウスとCol6a1-Creマウスを比較検討した。その結果、Twist2-Cre マウスはMCi細胞、辺縁細網細胞(MRC)及び濾胞樹状細胞(FDC)に加えて細網線維芽細胞(FRC)、リンパ管内皮細胞(LEC)、血管内皮細胞(BEC)なども標的とするのに対し、Col6a1-CreマウスはMCi細胞、MRC及びFDCを標的とすることを示した。また、 Col6a1-Creを用いた間葉系細胞におけるRANKLの欠失はTwist2-Creと同様にM細胞の分化とIgAの産生が障害されることを示した。したがって、著者らはCol6a1-Cre もTwist2-Creと同様にMCi細胞を含むGALTの間葉系細胞の機能的解析に有用であることを示した。

    ロモソズマブ

    有用女性の骨粗鬆症における骨折抑制のためのロモソズマブあるいはアレンドロネート

    原題:

    Romosozumab or Alendronate for Fracture Prevention in Women with Osteoporosis

    著者:

    Kenneth G. Saag, M.D., Jeffrey Petersen, M.D., Maria Luisa Brandi, M.D., Andrew C. Karaplis, M.D., Ph.D., Mattias Lorentzon, M.D., Ph.D., Thierry Thomas, M.D., Ph.D., Judy Maddox, D.O., Michelle Fan, Ph.D., Paul D. Meisner, Pharm.D., and Andreas Grauer, M.D.

    雑誌:

    N. Engl. J. Med., doi: 10.1056/NEJMoa1708322. (2017)

    POINT!

    ロモソズマブはスクレロスチン抗体であり、骨形成を促進するとともに、骨吸収を抑制する、二重の効果で骨量を上昇させることが期待されている。この報告は、骨粗鬆症と脆弱性骨折を示した4093人の無作為に抽出された閉経後女性を1:1に分け、12ヶ月間に渡り、月一回のロモソズマブ皮下投与もしくは週1回のアレンドロネート経口投与を行い、その後両群に対しアレンドロネート投与を行なった結果である。試験開始後24ヶ月の時点での新たな椎体骨折の発生頻度を比べた。その結果、ロモソズマブ投与後アレンドロネートに切り替えた群の方が、アレンドロネート単独投与群に比べ有意に骨折リスクの低下を認めた。ロモソズマブの有効性が示されたが、以前の試験では報告されなかった深刻な心血管障害のリスクがロモソズマブ投与群において高いことが報告されたため、注視していく必要がある。

    副甲状腺ホルモン

    副甲状腺ホルモンはマウスの骨芽細胞前駆細胞の運命を調節する

    原題:

    Parathyroid hormone regulates fates of murine osteoblast precursors in vivo.

    著者:

    Deepak H. Balani, Noriaki Ono, Henry M. Kronenberg

    雑誌:

    J Clin Invest, doi: 10.1172/JCI91699 (2017)

    POINT!

    副甲状腺ホルモン(PTH)の組み替え体であるテリパラチドは骨形成を促進し、骨粗鬆症の唯一の骨同化剤として承認されている。テリパラチドは骨芽細胞のアポトーシスを抑制し、ライニング細胞を活性化することで、骨芽細胞の数を増やすと考えられているが、初期の骨芽細胞前駆細胞に対する作用は不明であった。今回、研究チームは骨芽細胞系統の初期の細胞をSox9-cre ERTマウスを用いてラベルし、その運命を追った。すると、テリパラチドは骨芽細胞前駆細胞を増やし、さらにその成熟も促進することがわかった。また、テリパラチド投与を中止すると骨髄の脂肪細胞が増加し、その一部は骨芽細胞系統細胞由来であった。この結果から、テリパラチドは骨芽細胞分化誘導作用を持つことが示唆されたが、これにはPTH受容体の発現が必要であった。テリパラチドによる初期前駆細胞の増加はアポトーシスの抑制によるもので、増殖には影響を与えなかった。以上から、テリパラチドは骨芽細胞系統の前駆細胞数を増やし、骨芽細胞分化を促進、脂肪細胞分化を抑制することが明らかになった。

    骨パジェット病

    骨パジェット病において、NFAM1シグナルは破骨細胞の分化と骨吸収能を促進する

    原題:

    NFAM1 signaling enhances osteoclast formation and bone resorption activity in Paget's disease of bone.

    著者:

    Yuvaraj Sambandam, Kumaran Sundaram, Takamitsu Saigusa, Sundaravadivel Balasubramanian, Sakamuri V. Reddy

    雑誌:

    Bone, 101, 236–244, (2017)

    POINT!

    骨パジェット病は、骨代謝が局所的に異常に亢進し、骨の変形や強度低下を引き起こす疾患であり、その発症には麻疹ウイルス感染の関与が示唆されている。著者らは以前、骨パジェット病患者の破骨細胞及び骨髄細胞で麻疹ウイルスヌクレオカプシドタンパク質(MVNP)が発現しており、破骨細胞の異常な活性化に寄与することを報告した。しかし、MVNPがどのようにして破骨細胞の分化及び機能を制御するかに関しては不明であった。本研究において著者らは、MVNPの遺伝子導入によって破骨細胞で発現が上昇する遺伝子として、NFAM1(NFAT activating protein with ITAM motif 1)を同定し、NFAM1がMVNPによる破骨細胞活性化に重要な役割を持つことを報告した。

    造血幹細胞ニッチ

    造血幹細胞のための多くのニッチは恒常性を保ちつつ空いている

    原題:

    Numerous niches for hematopoietic stem cells remain empty during homeostasis.

    著者:

    Manabu Shimoto, Tatsuki Sugiyama and Takashi Nagasawa

    雑誌:

    Blood, 129: 2124-2131 (2017)

    POINT!

    骨髄移植前の骨髄破壊は、ニッチスペースを生み出すことで移植造血幹細胞の生着を促すと考えられている。しかしながら、研究チームは造血幹細胞を大量に移植すると骨髄破壊をしなくても生着するということを示した。このことは、骨髄内のニッチスペースは十分に空いていることを示す。組織解析を行うと新たに移植された幹細胞があるニッチはレシピエントの幹細胞のニッチとは離れた場所にあり、CXCL12–abundant reticular (CAR)細胞と接触していた。この報告は骨髄非破壊造血幹細胞移植の根拠と、骨髄破壊によるエシピエント側の健康な他の組織へのダメージを与えることなしに造血幹細胞移植ができる可能性を示した。

    進行性骨化性線維異形成症

    Activin-AはmTORシグナルを増強し、進行性骨化性線維異形成症(FOP)における軟骨異形成を促進する。

    原題:

    Activin-A enhances mTOR signaling to promote aberrant chondrogenesis in fibrodysplasia ossificans progressiva

    著者:

    Kyosuke Hino, Kazuhiko Horigome, Megumi Nishio, Shingo Komura, Sanae Nagata, Chengzhu Zhao, Yonghui Jin, Koichi Kawakami, Yasuhiro Yamada, Akira Ohta, Junya Toguchida, and Makoto Ikeya

    雑誌:

    J Clin Invest, doi.org/10.1172/JCI93521. (2017)

    POINT!

    進行性骨化性線維異形成症(FOP)は、軟組織において異所性骨化が起きる稀な先天性遺伝子疾患である。FOP患者はBMP I型受容体ACVR1に変異を有し、異常なBMPシグナルが伝達されることが知られている。最近、変異型ACVR1 (FOP-ACVR1) でのみBMPシグナルを伝達する分子としてactivin Aが見出された。本研究では、activin Aによる異所性骨化の分子機構を解明するために、FOP患者由来の細胞から作ったiPS細胞を用い、ハイスループットスクリーニング(HTS)を行った。6,809の化合物をスクリーニングし、mTORシグナルが重要であることを突き止めた。FOPモデルマウスにmTORシグナルの阻害剤であるラパマイシンを投与すると、異所性骨化が抑制された。さらに、DNAマイクロアレイ解析ではactivin Aの刺激によりEnpp2遺伝子が最も大きく変動していた。したがって、FOP病態におけるactivin A/FOP-ACVR1/ENPP2/mTORシグナル経路の重要性が明らかとなり、異所性骨化を抑えるためにはラパマイシンが有効である可能性が示された。

    代謝

    エピジェネティック機構によるTH17と誘導性Treg細胞バランスの代謝制御

    原題:

    Metabolic control of TH17 and induced Treg cell balance by an epigenetic mechanism

    著者:

    Tao Xu, Kelly M. Stewart, Xiaohu Wang, Kai Liu, Min Xie, Jae Kyu Ryu, Ke Li, Tianhua Ma, Haixia Wang, Lu Ni, Saiyong Zhu, Nan Cao, Dongwei Zhu, Yu Zhang, Katerina Akassoglou, Chen Dong, Edward M. Driggers & Sheng Ding

    雑誌:

    Nature. doi:10.1038/nature23475 (2017)

    POINT!

    代謝はエピジェネティクスや転写を制御することで細胞の運命や機能を変化させることが知られている。しかし、代謝がT細胞分化に必要とされる生体エネルギーや生合成物質を生み出すだけでなく、エピジェネティック制御を介し、T細胞の運命決定を制御するどうかは不明である。筆者らはGlutamate Oxaloacetate Transaminase 1 (GOT1)を阻害されるとして知られているアミノオキシ酢酸(AOA)という低分子化合物が17型ヘルパーT(Th17)細胞を誘導生制御性T細胞(iTreg)にリプログラムすることを発見した。そのメカニズムの解析から、GOT1によって触媒されるアミノ基転移の亢進がTh17細胞内の2-hydroxyglutarate (2-HG)の蓄積を誘導し、Foxp3遺伝子座のメチル化をもたらすことがわかった。また、2-HGの産生を阻害すると脱メチル化によるFoxp3の発現上昇が認められ、結果的にRORtの機能に拮抗することでTH17細胞への分化を阻害し、iTregへの極性化を促進した。AOAの投与によるGOT1の選択的阻害によって、生体内のTH17細胞とiTreg細胞のバランスを制御することに成功し、実験的自己免疫性脳脊髄炎の改善が認められた。したがって、グルタミン酸代謝経路を標的にすることは、TH17細胞依存的な自己免疫疾患に対する治療薬の開発に繋がり、新たな戦略となる。

    低酸素

    低酸素感受性のCOMMD1はヒトマクロファージでのシグナル伝達と細胞内代謝を統合し、破骨細胞分化を抑制する

    原題:

    Hypoxia-Sensitive COMMD1 Integrates Signaling and Cellular Metabolism in Human Macrophages and Suppresses Osteoclastogenesis

    著者:

    Koichi Murata, Celestia Fang, Chikashi Terao, Eugenia G. Giannopoulou, Ye Ji Lee, Min Joon Lee, Se-Hwan Mun, Seyeon Bae, Yu Qiao, Ruoxi Yuan, Moritoshi Furu, Hiromu Ito, Koichiro Ohmura, Shuichi Matsuda, Tsuneyo Mimori, Fumihiko Matsuda, Kyung-Hyun Park-Min, Lionel B. Ivashkiv

    雑誌:

    Immunity 47, 66–79 (2017)

    POINT!

     低酸素状態では炎症応答や破骨細胞分化が促進されるが、そのメカニズムは完全には明らかになってはいない。著者らはヒト破骨細胞のRNA-seq解析によって、低酸素によって発現抑制されるCOMMD1を同定した。COMMD1のノックダウンによって破骨細胞分化が促進し、LysM-CreによるCommd1コンディショナル欠損マウスに関節炎や炎症性頭蓋骨破壊モデルを誘導すると破骨細胞数増加・骨破壊亢進が観察された。さらに、eQTL解析によって、COMMD1発現上昇と関節リウマチでの骨破壊の低下との関連が確認された。著者らはCOMMD1をノックダウンしたヒトマクロファージでのRANKL刺激前後のRNA-seq解析によって、COMMD1がRANKL誘導性のNF-Bシグナルや、転写因子E2F1依存的な細胞内代謝経路を抑制することを見出した。E2F1ノックダウン細胞のRNA-seq解析から、E2F1の標的として代謝要求の変化に応答するCKB (creatine kinase B)などの代謝経路や解糖系の遺伝子に加え、炎症性サイトカイン誘導性遺伝子を同定した。これらの結果はCOMMD1やE2Fによって誘導される代謝経路が、低酸素下での炎症性の破骨細胞誘導の重要な制御因子であることを示している。

    関節リウマチ

    組織浸潤性炎症性T細胞における細胞内代謝による足場タンパク質TKS5の制御

    原題:

    Metabolic control of the scaffold protein TKS5 in tissue-invasive, proinflammatory T cells

    著者:

    Yi Shen, Zhenke Wen, Yinyin Li, Eric L Matteson, Jison Hong, Jörg J Goronzy, Cornelia M Weyand

    雑誌:

    Nat Immunol. doi: 10.1038/ni.3808 (2017)

    POINT!

    関節リウマチ患者における病原性のT細胞は細胞外マトリクスをコントロールすることで非リンパ組織に浸潤し、持続性の炎症性微小構造を形成する。本研究で、著者らは関節リウマチ患者由来のT細胞がポドソーム足場タンパク質であるTKS5を発現し、それによって組織浸潤能を有する細胞膜構造を形成することを見出した。TKS5の過剰発現は関節リウマチT細胞内の代謝環境、特に解糖系の低下によって誘導されるATPとピルビン酸の欠損によって制御されていた。PFKFB3阻害剤の3POやピルビン酸キナーゼM2阻害剤のシコニンを用いて低ATP低ピルビン酸の状態を作り出すと、脂肪酸生合成と細胞質での脂肪滴形成が誘導された。さらに、ヒトCD4+T細胞を低ATP低ピルビン酸状態にした後、ヒト滑膜を移植したNSGマウスに移入すると、組織浸潤能が上昇しTNFやRANKL、IFN-、IL-17、IL-6などの発現が上昇した一方、C75によって脂肪酸合成を阻害したり、ピルビン酸キナーゼ活性化剤ML265によってピルビン酸生合成を回復させたりすると、RANKL陽性T細胞の組織浸潤を抑制し、TNFやRANKL、IFN-やIL-17産生を減少させた。すなわち、細胞内代謝を介したT細胞の制御によって、特定の組織部位へのT細胞浸潤をブロックし、多くの慢性炎症疾患に対する新たな治療の選択肢を提供できる可能性が示唆された。

    カップリング

    破骨細胞によるスクレロスチン発現の抑制によって骨形成と骨吸収がカップリングする

    原題:

    Bone formation is coupled to resorption via suppression of sclerostin expression by osteoclasts

    著者:

    Masanori Koide, Yasuhiro Kobayashi, Teruhito Yamashita, Shunsuke Uehara, Midori Nakamura, B. Yukihiro Hiraoka, Yuki Ozaki, Tadahiro Iimura, Hisataka Yasuda, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa

    雑誌:

    J Bone Miner Res. doi: 10.1002/jbmr.3175 (2017)

    POINT!

    骨形成はカップリング機構によって骨吸収と共役しているが、そのメカニズムの全貌は解明されてはいない。著者らはOPG欠損マウスやRANKLトランスジェニックマウスを用い、破骨細胞がスクレロスチンの発現を抑制することで骨形成を促進する可能性を見出した。Wnt/-カテニンシグナルはOPG欠損マウスやRANKLトランスジェニックマウスで高く、スクレロスチン発現は低かった。カップリング因子として知られるTGF-やCthrc1、オンコスタチンM、さらにRANKLやM-CSFなどはスクレロスチン発現には影響しない一方、破骨細胞の培養上清はUMR106細胞や骨芽細胞から分化させた骨細胞様細胞でのスクレロスチン発現を抑制した。そこで、著者らはサイトカインアレイを用い、骨髄マクロファージの培養上清と比較して破骨細胞培養上清で4倍以上増加した因子を調べ、LIFを同定した。in vitroでの実験によって破骨細胞はLIFを分泌し、スクレロスチン発現を抑制することが明らかになった。実際に、抗RANKL抗体はLIF発現を抑制し、スクレロスチン発現を上昇させることでOPG欠損マウスでの骨形成を低下させた。以上から、破骨細胞由来のLIFがスクレロスチン発現を介して骨代謝回転を制御している可能性が示唆された。

    侵害受容器

    TRP チャネル -CGRP-Jdp2 軸を介して侵害受容器は真菌による骨炎症の回復を促進する

    原題:

    Nociceptors Boost the Resolution of Fungal Osteoinflammation via the TRP Channel-CGRP-Jdp2 Axis

    著者:

    Kenta Maruyama, Yasunori Takayama, Takeshi Kondo, Ken-ichi Ishibashi, Bikash Ranjan Sahoo, HisashiKanemaru, Yutaro Kumagai, Mikaël M. Martino, Hiroki Tanaka, Naohito Ohno, Yoichiro Iwakura, Naoki Takemura,Makoto Tominaga, and Shizuo Akira

    雑誌:

    Cell Rep 19, 2730‒2742 (2017)

    POINT!

    Candida albicans は免疫不全宿主の創傷や整形外科的手術における汚染を介して骨格組織に侵入し、重度の痛みと骨破壊を伴うカンジダ性骨髄炎を引き起こす。侵害受容器の神経支配は皮膚と骨で良く知られているが、真菌性炎症における侵害受容調節のメカニズムは不明のままであった。本研究で、著者らは Candida albicans がβ- グルカン受容体の Dectin-1 を介してNav1.8 陽性の侵害受容ニューロンを刺激し、CGRP 発現を誘導することを明らかにした。この CGRP 発現誘導は Dectin-1 下流シグナルでよく知られる Bcl-10 や Malt-1 非依存的である一方、イオンチャネルの TRPV1/TRPA1 に依存的であった。Nav1.8 陽性侵害受容ニューロン、もしくは TRPV1/TRPA1 を欠損させたマウス後肢へのβ- グルカンの投与により、CGRP 産生を低下させ、重篤な骨炎症を引き起こした。侵害受容器由来の CGRP は、転写抑制因子 Jdp2 を介した NF-κB p65 の直接的な抑制によりβ-グルカン誘導性炎症を阻害し、アクチン重合の阻害によって破骨細胞多核化を阻害した。これらの発見は真菌性骨炎症の回復における Dectin-1 を介した "sensocrine" 経路の役割を示している。

    骨髄ニッチ

    骨形成因子 Runx2 は骨髄ストローマ細胞ヒエラルキーの頂点に位置する
    レプチン受容体陽性細胞のサブセットを標識する

    原題:

    Osteogenic Factor Runx2 Marks a Subset of Leptin Receptor-Positive Cells that Sit Atop the Bone Marrow Stromal Cell Hierarchy

    著者:

    Mengyu Yang, Atsushi Arai, Nobuyuki Udagawa, Toru Hiraga, Zhao Lijuan, Susumu Ito, Toshihisa Komori, Takeshi Moriishi, Koichi Matsuo, Kouji Shimoda, Ali H. Zahalka, Yasuhiro Kobayashi, Naoyuki Takahashi, and Toshihide Mizoguchi

    雑誌:

    Sci Rep. 7: 4928 (2017)

    POINT!

    骨髄間葉系幹細胞・前駆細胞 (BM-MSPC) は骨髄細胞を供給することで骨組織の恒常性を維持している。MSPC の標識にいくつかのマーカーが同定されてきたが、それらのマーカーによって分離した細胞集団にも依然として BM-MSPC 以外の集団が含まれていた。これまでの報告から、MSPC は LepR(レプチン受容体)陽性である一方、骨芽細胞は分化のマスター制御因子 Runx2 陽性であることが知られている。本研究で、著者らは Runx2-GFP レポーターマウスを作製し、LepR+ の細胞集団にRunx2-GFPlow のサブポピュレーションが存在し、この集団が Runx2-GFP‒集団と比べて、高い CFU-F 形成能と幹細胞活性を示す基準である間葉球(mesensphere)形成能を有していることを明らかにした。さらに、LepR+Runx2-GFPlow 細胞は PTH に応答して Runx2 発現を増加させ、骨表面に沿って多層性の構造を形成した。さらに、この多層性細胞集団は Osterix と I 型コラーゲンを発現し、その結果成熟骨芽細胞が形成されることを明らかにした。これらの結果から、Runx2 が骨芽細胞への分化コミットメントを受ける前から LepR+ 細胞集団で弱く発現しており、LepR+Runx2-GFPlow 間質細胞は骨髄ストローマヒエラルキーの頂点に位置することが示された。

    オプトジェネティクス

    オプトジェネティクスによる Plexin-B1 の活性化によって明らかにされた破骨細胞・骨芽細胞間の接触の反発

    原題:

    Optogenetic activation of Plexin-B1 reveals contact repulsion between osteoclasts and osteoblasts

    著者:

    Abhijit Deb Roy, Taofei Yin, Shilpa Choudhary, Vladimir Rodionov, Carol C. Pilbeam, and Yi I. Wu

    雑誌:

    Nat Commun. 8: 15831 (2017)

    POINT!

    骨リモデリングの際、破骨細胞は骨芽細胞のケモタキシスを誘導する一方、空間的な隔たりは維持する。著者らは破骨細胞が発現する反発性のガイダンス因子 Sema4D と骨芽細胞が発現する Plexin-B1 受容体に着目し、CRISPR/Cas9 法によって MC3T3-E1 細胞で Plexin-B1 を欠損させることで、この相互作用が細胞移動の接触阻害(contact inhibition of locomotion)を誘導することを示した。細胞遊走を誘導する際に Plexin-B1 の局所的な刺激が時空間的にその下流ターゲットをどのように連携させるかを解明するため、著者らは植物由来の光受容タンパク質 Cry2 と蛍光タンパク質、さらに Plexin-B1 細胞内領域の融合タンパク質である optoPlexin を作製することで、Sema4D 非存在下で青色光によって活性化する Plexin-B1 のオプトジェネティックなツールを開発した。遊走する骨芽細胞の先端での青色光による高精度な optoPlexin の活性化は直ちに局所的な退縮を誘導し、さらに、細胞を遠ざけるために遠位の突起における退縮も誘導した。これらの形態学的変化とともに、Myosin II や PIP3、接着、活性化型 Cdc42 の再編成が誘導された。この現象は、Cdc42 を活性化し細胞突起形成を促進する、RhoA/ROCK を介したRhoGEF であるβ-Pix の再分配の結果として起こる再局在化であると考えられた。これらの結果から、骨芽細胞での接触阻害の原因となる Plexin-B1 の役割や、これまでに未知であった細胞遊走活性化因子の空間的分布に対するセマフォリンシグナル伝達の効果が明らかにされた。

    オステオポンチン

    分泌型および細胞内オステオポンチンによる、リンパ系と骨髄系の細胞集団のバランスの変動

    原題:

    Skewing of the population balance of lymphoid and myeloid cells by secreted and intracellular osteopontin

    著者:

    Masashi Kanayama, Shengjie Xu, Keiko Danzaki, Jason R Gibson, Makoto Inoue, Simon G Gregory and Mari L Shinohara

    雑誌:

    Nat. Immunol., doi:10.1038/ni.3791 (2017)

    POINT!

    リンパ系と骨髄系の細胞集団のバランスはよくコントロールされており、この変動は種々の免疫応答と深く関係している。オステオポンチンはリン酸化糖タンパク質の一種で、様々な細胞が発現し、様々な免疫応答および病態に関与している。オステオポンチンは骨髄の間質細胞も発現し、幹細胞の総数を減らし造血幹細胞の機能を抑制することが知られているが、リンパ系および骨髄系の細胞前駆体への作用は不明であった。本研究では、感染などの病態下で、オステオポンチンがリンパ系細胞と骨髄系細胞のバランスをリンパ系細胞優位に変動させることを明らかにした。また筆者らは二つのオステオポンチンのアイソフォームについて検討し、細胞内オステオポンチンは骨髄性造血を抑制し、分泌型オステオポンチンはリンパ系の細胞を増やすという違いも明らかにした。本来、感染などの病態化では減少した骨髄系の細胞を補うため骨髄性造血を活性化する必要があるが、それに逆行する 2 つのオステオポンチンアイソフォームの有害作用を初めて明らかにした。

    老化細胞

    局所における老化細胞の除去は外傷後変形性関節症の進展を軽減し前再生環境を形成する

    原題:

    Local clearance of senescent cells attenuates the development of post-traumatic osteoarthritis and creates a pro-regenerative environment

    著者:

    Ok Hee Jeon, Chaekyu Kim, Remi-Martin Laberge, Marco Demaria, Sona Rathod, Alain P Vasserot, Jae Wook Chung, Do Hun Kim, Yan Poon, Nathaniel David, Darren J Baker, Jan M van Deursen, Judith Campisi and Jennifer H Elisseef

    雑誌:

    Nat Med, 23, 775‒781, (2017)

    POINT!

    老化軟骨細胞は変形性関節症患者から単離された軟骨組織に認められるが、その役割は不明である。老化細胞が変形性関節症の原因であるという仮説を検証するために、著者らは老化細胞を選択的に追跡し除去することができる p16-3MRトランスジェニックマウスを使用した。著者らは前十字靭帯切断後に老化細胞が関節軟骨と滑膜に集積することを示し、さらに老化細胞の選択的な除去が外傷後変形性関節症の進展を軽減し軟骨の再生を促すことを示した。関節腔内への老化細胞除去分子の投与でも同様の効果が確認された。変形性関節症の患者から単離した培養軟骨細胞から老化細胞を選択的に除去すると老化マーカーや炎症マーカーの発現が低下し、軟骨組織の細胞外基質タンパクが増加することを認めた。これらの知見は老化細胞が関節変性疾患の治療標的であることを示すものである。

    マクロファージ

    マクロファージによる組織修復及びリモデリングには、IL-4 または IL-13 とアポトーシス細胞を必要とする

    原題:

    Macrophage function in tissue repair and remodeling requires IL-4 or IL-13 with apoptotic cells

    著者:

    Lidia Bosurgi, Y. Grace Cao, Mar Cabeza-Cabrerizo, Andrea Tucci, Lindsey D. Hughes, Yong Kong, Jason S. Weinstein, Paula Licona-Limon, Edward T. Schmid, Facundo Pelorosso, Nicola Gagliani, Joseph E. Craft, Richard A. Flavell, Sourav Ghosh, and Carla V. Rothlin

    雑誌:

    Science, 356: 1072-1076 (2017)

    POINT!

    組織修復は、蠕虫感染時に見られる IL-4 や IL-13 依存的な広範に渡る宿主応答の一つと考えられる。今回の報告では、マクロファージにおける組織修復プログラムの誘導には、IL-4 あるいは IL-13 とともにアポトーシス細胞も不可欠であることが明らかにされた。著者らは、蠕虫感染及び大腸炎マウスモデルを用い、アポトーシス細胞のセンサー遺伝子を破壊すると、組織マクロファージの増殖及び組織修復遺伝子の誘導が障害されたことを示した。一方でパターン認識受容体のサイトカイン依存性誘導、あるいはマクロファージの遊走関連遺伝子にはアポトーシス細胞の認識が必要ではない。したがって、アポトーシス細胞の認識に依存する組織修復の誘導は、IL-4 と IL-13 などの可溶性サイトカインの異所性活性を空間的に制御していることが示唆された。

    Mucosal γδT 細胞

    眼の常在菌は IL-17 産生型γδT 細胞を誘導し角膜感染症を防ぐ

    原題:

    An Ocular Commensal Protects against Corneal Infection by Driving an Interleukin-17 Response from Mucosal γδ T Cells

    著者:

    Anthony J. St. Leger, Jigar V. Desai, Rebecca A. Drummond, Abirami Kugadas, Fatimah Almaghrabi, Phyllis Silver, Kumarkrishna Raychaudhuri, Mihaela Gadjeva, Yoichiro Iwakura, Michail S. Lionakis, and Rachel R. Caspi

    雑誌:

    Immunity, 47, 148‒158 (2017)

    POINT!

    粘膜臓器である腸管、口腔、鼻腔、生殖器には細菌叢が存在し免疫系を活性化する。眼は粘膜を持つが、細菌叢が存在するかどうかや、眼細菌叢が免疫系に与える影響は分かっていなかった。著者らは、眼の粘膜上皮に Corynebacteriummastitidis が生着していることを見出した C. mastitidis は眼の粘膜組織に局在するγδT 細胞から IL-17 産生を誘導することで、好中球の遊走や涙液内の抗菌ペプチド産生を増加させる。C. mastitidis が生着していないマウスは Candida albicansやPseudomonas aeruginosa 感染症に易感染性を示すことから、C. mastitidis は宿主の免疫系を活性化することで感染防御に寄与していることが明らかになった。

    FSH

    FSHの阻害により熱産生性脂肪組織を誘導し、体脂肪を減少させる

    原題:

    Blocking FSH induces thermogenic adipose tissue and reduces body fat

    著者:

    Peng Liu, Yaoting Ji, Tony Yuen, Elizabeth Rendina-Ruedy, Victoria E. DeMambro, Samarth Dhawan, Wahid Abu-Amer, Sudeh Izadmehr, Bin Zhou, Andrew C. Shin, Rauf Latif, Priyanthan Thangeswaran, Animesh Gupta, Jianhua Li, Valeria Shnayder, Samuel T. Robinson, Yue Eric Yu, Xingjian Zhang, Feiran Yang, Ping Lu, Yu Zhou, Ling-Ling Zhu, Douglas J. Oberlin, Terry F. Davies, Michaela R. Reagan, Aaron Brown, T. Rajendra Kumar, Solomon Epstein, Jameel Iqbal, Narayan G. Avadhani, Maria I. New, Henrik Molina, Jan B. van Klinken, Edward X. Guo, Christoph Buettner, Shozeb Haider, Zhuan Bian, Li Sun, Clifford J. Rosen & Mone Zaidi

    雑誌:

    Nature, 546: 107-112 (2017)

    POINT!

    閉経は骨量減少や内臓脂肪の上昇と関連する。著者らは以前、下垂体ホルモン FSH(卵胞刺激ホルモン)のβサブユニットを標的とするポリクローナル抗体投与により、卵巣摘出マウスでの骨量を上昇させうることを報告した。本研究ではこの抗体が高脂肪食によって肥満化した野生型マウスでの脂肪組織を急激に減少させ、Fsh 受容体である Fshr の遺伝的ハプロ不全と同様の表現型を呈することを見出した。さらに卵巣摘出マウスでも同様に脂肪組織量が低下することも確認した。この抗体がFsh シグナル下流で Gi タンパク質によって抑制される cAMP シグナルを活性化することで、Ucp1 の発現上昇が誘導される。これにより、脂肪細胞のベーシュ化・細胞内ミトコンドリア量増加・褐色脂肪組織の活性化を強く誘導して熱産生を亢進することが明らかになった。本研究によって肥満と骨粗鬆症との同時治療の可能性が示された。

    細胞特異的eQTL

    細胞特異的パスウェイの polygenic な荷重が関節リウマチリスクの根底にある

    原題:

    Polygenic burdens on cell-specific pathways underlie the risk of rheumatoid arthritis

    著者:

    Kazuyoshi Ishigaki, Yuta Kochi, Akari Suzuki, Yumi Tsuchida, Haruka Tsuchiya, Shuji Sumitomo, Kensuke Yamaguchi, Yasuo Nagafuchi, Shinichiro Nakachi, Rika Kato, Keiichi Sakurai, Hirofumi Shoda, Katsunori Ikari, Atsuo Taniguchi, Hisashi Yamanaka, Fuyuki Miya, Tatsuhiko Tsunoda, Yukinori Okada, Yukihide Momozawa, Yoichiro Kamatani, Ryo Yamada, Michiaki Kubo, Keishi Fujio & Kazuhiko Yamamoto

    雑誌:

    Nat Genet. doi: 10.1038/ng.3885 (2017)

    POINT!

    近年の研究から、免疫疾患の発症に関与するかなりの割合のリスク多型が、細胞特異的な遺伝子発現に影響することが示唆されている。そこで著者らは、疾患の要因となる遺伝子の候補や、免疫関連疾患にかかわる経路を同定するため、日本人 105 人の健常人から採取した 5 つの免疫細胞サブセット(CD4+ T 細胞、CD8+ T 細胞、B 細胞、NK 細胞、単球)と非分画末梢血の RNA-seq と DNA 多型との関連を網羅的に解析することで eQTL カタログを作製し、3 段階の解析手法を構築した。すなわち、(1) 本研究の eQTL データベースと公共エピゲノムデータベースを用いた個別遺伝子発現の予測、(2) 患者と健常人での予測発現量の比較、(3)eQTL 効果の方向性と各遺伝子のパスウェイデータベース上の機能を比較することによる細胞特異的なパスウェイ活性の予測、である。この解析手法を関節リウマチのデータセットに適用することで、著者らは疾患の原因となる遺伝子の候補とサイトカイン経路、すなわち CD4+ T 細胞における TNF 経路の活性化を同定した。本研究で開発された解析手法をさらに応用することで、複合的な要因で発症する疾患メカニズムの特定、およびそれらに基づいた治療法の探索が期待される。

    マラリア原虫

    マラリア原虫由来産物が骨髄に残存し、慢性骨量減少を促進する

    原題:

    Plasmodium products persist in the bone marrow and promote chronic bone loss

    著者:

    Michelle S. J. Lee, Kenta Maruyama, Yukiko Fujita, Aki Konishi, Patrick M. Lelliott, Sawako Itagaki, Toshihiro Horii, Jing-wen Lin, Shahid M. Khan, Etsushi Kuroda, Shizuo Akira, Ken J. Ishii & Cevayir Coban

    雑誌:

    Sci. Immunol. 2, eaam8093 (2017)

    POINT!

    マラリアは重篤な合併症を伴い生命を脅かす疾患であるが、大部分の患者は部分的な免疫が確立され回復する。しかしながら、マラリア感染後の生存者において、これまであまり解明されていない長期的症状が潜んでいる可能性が示されている。本報告で、著者らはマラリア原虫由来産物による慢性的な骨での炎症の結果、骨量減少と成長遅延を引き起こすことを発見した。早期のマラリア感染は骨吸収も骨形成も低下させる一方、慢性期においてはマラリア原虫が全身性に排除されているにもかかわらず、マラリア原虫由来産物が残存し、骨髄に蓄積することで MyD88 依存的な慢性炎症が誘導されることがわかった。この炎症応答によって、炎症性サイトカイン発現が上昇して破骨細胞分化が促進されるだけでなく、骨芽細胞での RANKL発現も上昇し、さらに破骨細胞分化が促進されることが示された。この強い破骨細胞分化の活性化は骨リモデリングにおいて骨吸収を亢進させ、慢性的な骨量減少を誘導すると考えられる。実際に、ヘモグロビン分解能が低い変異型マラリア原虫を感染させたマウスでは、マラリア原虫由来副生成物であるヘモゾイン産生能が低く、骨量減少は誘導されなかった。さらに、マラリア原虫を感染させたマウスにビタミン D3 アナログのアルファカルシドールを補給することによって骨量減少が抑制されることも示された。これらの結果はマラリア感染患者での骨量減少のリスクを明らかにし、抗マラリア薬治療とともに骨量減少に対する治療が有益である可能性を示唆している。

    mTORC1

    mTOR の阻害は母性 VLDLR 欠損による母乳の異常を緩和する

    原題:

    mTOR Inhibition Subdues Milk Disorder Caused by Maternal VLDLR Loss

    著者:

    HoangDinh Huynh, Wei Wei & Yihong Wan

    雑誌:

    Cell Rep 19, 2014‒2025 (2017)

    POINT!

    VLDLR(超低密度リポタンパク質受容体)が骨格系の恒常性にどのような影響を有するかは不明である。本論文で、著者らは母マウスと仔マウスの VLDLR が破骨細胞分化・骨吸収に対して相反する機能を有することを発見した。仔マウスでの VLDLR 欠損は RANKL シグナルの増強によって破骨細胞分化が上昇し骨量減少が誘導される。一方、母マウスでの VLDLR欠失は母乳の代謝を変化させ、それにより仔マウスでの炎症性脱毛症を誘導することは報告されていたが、さらに破骨細胞分化を抑制し骨量増加を引き起こすことを見出した。VLDLR 欠損マウスから出産した VLDLR 欠損マウスは骨量が増加していたことから、母性での VLDLR 欠損の影響の方が仔での VLDLR 欠損の影響を上回ることが明らかになった。さらに、母マウスへのスタチン投与による HMG-CoA レダクターゼの抑制は、仔マウスの脱毛症を部分的に改善したが、骨吸収の低下には効果がみられなかったことから、母乳の異常はコレステロール生合成の異常やコレステロール前駆体の蓄積だけでは説明できないことが示唆された。詳細な解析から、VLDLR が mTORC1 活性を抑制することで SREBP2 と HMG-CoA レダクターゼ発現を低下させてコレステロール生合成を抑制し、同時に炎症性サイトカインやプロスタグランジン合成を抑制することが泌乳期乳腺で重要なシグナル伝達経路であることが明らかになった。これらの複合的な活性により母乳の代謝と免疫を厳密にコントロールして母乳の質と仔の正常な発達を担保していると考えられる。実際に、VLDLR 欠損母マウスに対するラパマイシン投与によって、仔マウスでの骨量増加や脱毛症が改善した。VLDLR 欠損かつミエロイド系細胞特異的 Raptor 欠損の母マウス由来の仔は VLDLR単独欠損母マウス由来の仔と同様の表現型を呈したが、VLDLR 欠損かつ脂肪細胞特異的 Raptor 欠損の母マウス由来の仔は骨量増加や脱毛症などが改善していたことから、脂肪細胞での mTORC1 シグナルの重要性が示唆された。以上から、著者らの研究は VLDLR と mTORC1 の泌乳と破骨細胞分化での機能を見出し、骨と代謝性疾患での重要なメカニズムと治療のための知見が明らかになった。

    T細胞レパトア

    胸腺プロテアソームの遺伝子多様性は CD8 T 細胞レパトアを変化させる

    原題:

    Human thymoproteasome variations influence CD8 T cell selection

    著者:

    Takeshi Nitta, Yuta Kochi, Ryunosuke Muro, Yoshihiko Tomofuji, Tadashi Okamura, Shigeo Murata, Harumi Suzuki, Takayuki Sumida, Kazuhiko Yamamoto & Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Sci. Immnol., 2: eaan5165 (2017)

    POINT!

    胸腺プロテアソームは、胸腺上皮細胞における MHC クラス I 結合ペプチドの生成を介して、CD8 T 細胞の正の選択を制御している。著者らは、胸腺プロテアソーム構成因子 PSMB11 のヒト遺伝子に、機能に影響を与えるʼ damagingʼ variation が高頻度に存在することを見出した。PSMB11 の高頻度 damaging variation を導入したマウスでは、胸腺におけるCD8 T細胞の正の選択が低下し、CD8 T 細胞レパトアが変容していた。さらに、日本人に高頻度にみられる PSMB11 多型が、自己免疫疾患であるシェーグレン症候群と有意に関連することがわかった。以上の結果から、PSMB11 遺伝子には機能欠損型の variation が高頻度に存在し、CD8 T細胞レパトアと疾患感受性に影響を与えることが明らかになった。

    mTORC1

    成獣マウス内皮細胞の免疫担当造血幹細胞への変換

    原題:

    Conversion of adult endothelium to immunocompetent haematopoietic stem cells

    著者:

    Raphael Lis, Charles C. Karrasch, Michael G. Poulos, Balvir Kunar, David Redmond, Jose G. Barcia Duran, Chaitanya R. Badwe, William Schachterle, Michael Ginsberg, Jenny Xiang, Arash Rafii Tabrizi, Koji Shido, Zev Rosenwaks, Olivier Elemento, Nancy A. Speck, Jason M. Butler, Joseph M. Scandura & Shahin Rafii

    雑誌:

    Cell Rep 19, 2014‒2025 (2017)

    POINT!

    内皮細胞から造血幹細胞への移行がどのように調節されているのか詳細は不明である。著者らは Fosb1、Gfi1、Runx1 及び Spi1(以後、これらを FGRS とする)といった転写因子の一過的な発現と、血管性ニッチ由来のアンジオクライン因子が成獣マウスの内皮細胞から造血幹細胞への再プログラム化に重要であることを示す。転換の誘導期(0-8 日目)は成熟した内皮細胞中の FGRS の発現により開始され、細胞内在的な Runx1 の発現が起きる。特異的な発生の間(8-20 日目)の RUNX1陽性の FGRS- 導入された内皮細胞は造血幹細胞にコミットしており、こうして発生した造血幹細胞へ再プログラムしている成獣マウスの内皮細胞(rEC-HSCs)は、その後は FGRS 発現を必要としない。血管性ニッチは rEC-HSC の強力な自己複製と増殖期をドライブすることがわかり、rEC-HSCs は成獣マウス造血幹細胞と同様な転写産物と長期自己複製能を持ち合わせていた。内皮細胞からの造血幹細胞転換は、自己由来の造血幹細胞移植の可能性が期待される。

    HLA連鎖不均衡自己免疫疾患

    抗原特異的制御性T細胞によるHLA関連自己免疫疾患への優性阻害効果

    原題:

    Dominant protection from HLA-linked autoimmunity by antigen-specific regulatory T cells

    著者:

    Joshua D. Ooi, Jan Petersen, Yu H. Tan, Megan Huynh, Zoe J. Willett, Sri H. Ramarathinam, Peter J.Eggenhuizen, Khai L. Loh, Katherine A. Watson, Poh Y. Gan, Maliha A. Alikhan, Nadine L. Dudek, Andreas Handel, Billy G. Hudson, Lars Fugger, David A. Power, Stephen G. Holt, P. Toby Coates, Jon W. Gregersen, Anthony W. Purcell, Stephen R. Holdsworth, Nicole L. La Gruta, Hugh H. Reid, Jamie Rossjohn & A. Richard Kitching

    雑誌:

    Nature, doi:10.1038/nature22329 (2017)

    POINT!

    多くの自己免疫疾患で特定の HLA が疾患感受性に関係することは知られているが、メカニズムについては解明されていない。抗糸球体基底膜抗体を産生して腎機能を障害するグッドパスチャー症候群に関しては、HLA-DR15 の集団では発症リスクが上がるのに対して、HLA-DR1/DR15 の集団では優性阻害効果を示し発症リスクが上がらないと報告されている。筆者らはHLA トランスジェニックマウスを用いて HLA-DR15 と HLA-DR1 では疾患関連エピトープである IV 型コラーゲンα3 鎖 (α3135-145)の CD4T 細胞への提示部位が変化することを示した。その結果誘導される抗原特異的 CD4T 細胞は HLA-DR15 では炎症性サイトカインを分泌する通常型 T 細胞が優位で、HLA-DR1 では抑制性サイトカインを分泌する制御性 T 細胞が優位であった。さらにHLA-DR1/DR15 では HLA-DR1 によって誘導される制御性 T 細胞が疾患の発症を抑制することを示した。以上より、HLA 多型により誘導される自己抗原特異的制御性 T 細胞が優性阻害効果の原因であることを示した。

    制御性T細胞

    転写因子T-betを発現している制御性T細胞の安定性と機能

    原題:

    Stability and function of regulatory T cells expressing the transcription factor T-bet

    著者:

    Andrew G. Levine, Alejandra Medoza, Saskia Hemmers, Bruno Moltedo, Rachel e. niec, Michail Schizas, Beatrice e. Hoyos, ekaterina V. Putintseva, Ashutosh Chaudhry, Stanislav Dikiy, Sho Fujisawa, Dmitriy M. Chudakov, Piper M. Treuting & Alexander Y. Rudensky

    雑誌:

    Nature, 546: 421-425, (2017)

    POINT!

    制御性 T 細胞(Treg)は転写因子 FoxP3 によって特徴づけられる抗炎症性細胞系列を構成する細胞のひとつであるが、活性化 Treg の一部はエフェクター T 細胞が発現する転写因子 T-bet、GATA3、RORγt を発現しており、それが Tregの抑制機能を促進していることが報告されている。しかし、T-bet を発現している Treg(T-bet+Treg)は固有の機能を持った安定した分化状態にあるのか、あるいは一時的な活性化状態にあるだけなのか明らかになっていない。著者らはフェイトマッピング解析により、平常時あるいは感染によって誘導された Treg において T-bet の発現が徐々に安定化されることを明らかにした。また、T-bet+Treg の除去、機能喪失は重篤な Th1 型自己免疫反応を引き起こすことから、T-bet+Treg は Th1 細胞や CD8 T細胞を特異的に抑制し、Th1 型自己免疫反応を抑制していることを明らかにした。以上から、T-bet+Treg が基本的な免疫抑制機能を持っていること、また Treg の機能的不均一性が免疫寛容に重要であることが示された。

    転移性骨腫瘍

    内皮細胞から骨芽細胞への変換が前立腺癌の造骨性転移を引き起こす

    原題:

    Endothelial-to-Osteoblast Conversion Generates Osteoblastic Metastasis of Prostate Cancer

    著者:

    Song-Chang Lin, Yu-Chen Lee, Guoyu Yu, Chien-Jui Cheng, Xin Zhou, Khoi Chu, Monzur Murshed, Nhat-Tu Le, Laura Baseler, Jun-ichi Abe, Keigi Fujiwara, Benoit deCrombrugghe, Christopher J. Logothetis, Gary E. Gallick, Li-Yuan Yu-Lee, Sankar N. Maity & Sue-Hwa Lin

    雑誌:

    Dev. Cell 41: 467‒480 (2017)

    POINT!

    転移性骨腫瘍は、その転移様式において溶骨性転移と造骨性転移の二種類に分類される。 前立腺癌の骨転移は、しばしば造骨性の転移様式をとることが知られているが骨芽細胞性病変の発生源は不明である。ヒト前立腺癌 PCa-118bをマウスの皮下に移植した際、異所性骨化を伴い腫瘍が増殖することが認められたが、この異所性骨はレシピエント由来であることが示された。腫瘍細胞が周辺の細胞を骨芽細胞に分化転換させている可能が示唆された。また、異所性骨は骨芽細胞のマーカーであるオステオカルシンと同時に内皮細胞のマーカーである Tie2 を共発現していることがわかった。次に、in vitroで内皮細胞の cell line である 2H11 を使用して異所性骨を誘導する因子を特定する実験をおこなったところ、BMP4 が有力であることがわかった。非造骨性の前立腺癌細胞株である C4-2b に BMP4 を強発現させると異所性骨を誘導でき、ヒトの前立腺癌サンプルでも BMP4 を発現していることが確かめられた。内皮細胞特異的に Osterix を欠損させたマウスに、腫瘍細胞を移植したところ異所性骨化と腫瘍増殖が抑制された。Osterix と BMP4 は造骨性がんに重要であることが分かり、造骨性転移を抑制する治療標的となり得ることが示された。

    自己免疫性血管炎

    Semaphorin 4D は好中球の活性化を抑制し、好中球依存的な自己免疫性血管炎の病態形成に関与する

    原題:

    Semaphorin 4D inhibits neutrophil activation and is involved in the pathogenesis of neutrophil-mediated autoimmune vasculitis

    著者:

    Masayuki Nishide, Satoshi Nojima, Daisuke Ito, Hyota Takamatsu, Shohei Koyama, Sujin Kang, Tetsuya Kimura, Keiko Morimoto, Takashi Hosokawa, Yoshitomo Hayama, Yuhei Kinehara, Yasuhiro Kato, Takeshi Nakatani, Yoshimitsu Nakanishi, Takeshi Tsuda, Jeong Hoon Park, Toru Hirano, Yoshihito Shima, Masashi Narazaki, Eiichi Morii, and Atsushi Kumanogoh

    雑誌:

    Ann Rheum Dis, doi:10.1136/annrheumdis-2016-210706 (2017)

    POINT!

    異常な好中球の活性化は抗好中球細胞質抗体 (ANCA) 関連血管炎 (AAV) に関わっている。本研究では、これまで関節リウマチや多発性硬化症などとの関係性が報告されてきた semaphorin 4D (SEMA4D) の好中球活性化制御における機能や AAVへの関与を調べた。まず、著者らは AAV 患者血清中において可溶型 SEMA4D 量が上昇しており、疾患活動性スコアとの相関があることを見出した。一方、好中球表面の SEMA4D 発現は AAV 患者で低下しており、このことは膜上の SEMA4D が細胞外プロテアーゼである ADAM17 によって切断された結果であることが示された。さらに、野生型マウス由来の好中球と血管内皮細胞株のMS1を共培養すると、血管炎の病態に重要な好中球細胞外トラップ (NET) の形成が抑制されたが、Sema4D 欠損マウス由来好中球の場合では、この抑制が観察されなかった。また、血管内皮細胞で発現する Plexin-B2 は好中球上 SEMA4D と結合することでSEMA4Dの細胞内ドメインを介し、Rac1 の不活性化を誘導して ( 逆シグナル )、NET 形成に必須の ROS 産生が強く阻害することも見出した。以上の結果から、好中球表面上の SEMA4D は好中球活性化の負の制御因子として機能することが明らかにされた。AAV患者で観察された SEMA4D のタンパク質分解酵素による切断は、好中球による炎症応答と関連があることが示唆され、SEMA4DはAAVの病態を反映するバイオマーカーや、新たな治療標的となることが期待される。

    骨髄線維化

    Gli1陽性間葉系間質細胞は骨髄線維化の主要な推進因子であり、重要な治療標的細胞である

    原題:

    Gli1+ Mesenchymal Stromal Cells Are a Key Driver of Bone Marrow Fibrosis and an Important Cellular Therapeutic Target

    著者:

    Rebekka K. Schneider, Ann Mullally, Aurelien Dugourd, Fabian Peisker, Remco Hoogenboezem, Paulina M.H. Van Strien, Eric M. Bindels, Dirk Heck Guntram Busche, David Fleck, Gerhard Muller-Newen, Janewit Wongboonsin, Monica Ventura Ferreira, Victor G. Puelles, Julio Saez-Rodriguez, Benjamin L. Ebert, Benjamin D. Humphreys, and Rafael Kramann

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 20, 1‒16 (2017)

    POINT!

    骨髄の線維化は様々な造血系・非造血系の状態で発症し、骨髄線維症の主な病理学的特徴である。細胞を標的とした効果的な治療法が必要であるが、線維化する細胞の起源は未解明のままであった。本研究で著者らは、2 つのマウスモデルにおいてレポーターマウスによる遺伝的運命追跡法 (fate-tracing) を行い、Gli1 陽性間葉系間質細胞 (MSC) が骨髄において線維化を起こす筋線維芽細胞の前駆細胞であり、骨内膜や血管周囲ニッチからリクルートされることを示した。Gli1-CreERT2 と iDTR を用いることでタモキシフェンと DT により Gli1 陽性細胞を欠失させると、骨髄の線維化が起こらず、骨髄機能不全がレスキューされることも見出した。また、これまでに Gli に対する抑制効果を有する低分子化合物として同定された Gli antagonist 61(GANT61)を用いると、Gli1 陽性細胞の増殖が抑制され、筋線維芽細胞の分化と線維化の重症化が緩和された。さらに、Cxcl4 欠損マウスの解析から、CXCL4 が Gli1 陽性間質細胞の遊走と筋線維芽細胞への分化を誘導することも見出した。実際に、骨髄増殖性腫瘍の骨髄線維症患者でも、Gli1 陽性細胞が増殖しており、Gli1 陽性細胞の頻度と線維化の重症度には有意な正の相関がみられた。加えて、骨髄増殖性腫瘍から採取した患者由来 MSC に対して GANT61 を用いることで、α-SMA や Gli1 発現が有意に低下したことから、Gli1 タンパク質や Gli1 陽性骨髄間質細胞は有望な治療標的である可能性が示唆された。

    骨リモデリング

    骨吸収と骨形成カップリングのリアルタイム解析:ヒトハバース管 BMU の解析から得られた新たな知見

    原題:

    Coupling of Bone Resorption and Formation in Real Time: New Knowledge Gained From Human Haversian BMUs

    著者:

    Nicolai Ernlund Lassen, Thomas Levin Andersen, Gro Grunnet Pløen, Kent Søe, Ellen Margrethe Hauge, Søren Harving, Gete Ester Toft Eschen, Jean-Marie Delaisse

    雑誌:

    J Bone Miner Res, doi: 10.1002/jbmr.3091 (2017)

    POINT!

    骨リモデリングは一般的に骨吸収から開始し、骨形成で終了することがよく知られている。しかしながら、その間に何が起きているかということや、吸収と形成がどうやってカップリングしているかについては解明されていない点が残されている。骨リモデリングは破骨細胞、骨芽細胞等からなる Basic Multicellular Unit(BMU) によって行われるが、破骨細胞による骨吸収に続いて観察される単核細胞は reversal cell ( 逆転相細胞 ) とよばれ、骨吸収面の少なくとも 80% を覆う細胞である。これらの細胞は骨 lining 細胞とは異なる形態を示し、破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成をリンクしていると考えられていたが、最近の報告で逆転相細胞は骨芽前駆細胞と同一であることが証明された。本研究では、機能的・連続的に吸収の開始から形成が誘導されるまでのイベントを補足するために、ヒト長管骨で新たな管を形成するハバース管 BMU の縦断切片を作製し、特異的な細胞マーカーの位置に基づいて解析を行った。この解析から、ハバース管の先端での最初の骨吸収の後に、新たにリクルートされた逆転相細胞 ( すなわち骨芽前駆細胞 ) と、最初の骨吸収に関わった破骨細胞とは別の破骨細胞による時期が続いたことから、「逆転 - 吸収」相という混合状態の存在が明らかになった。連続切片の 3 次元再構築の解析によって最初の骨吸収は主にハバース管の伸長に関与し、その後に起こる骨吸収はハバース管の拡大に関わることが示された。特筆すべきことに、骨芽前駆細胞の密度は「逆転 / 吸収」面に沿って形成相側に向かい連続的に上昇し、骨形成開始時には少なくとも 39 細胞 /mm まで達し、この値は逆転 - 吸収面の長さとは無関係であった。これらの知見は骨形成が細胞密度のある閾値を超えたときのみに開始されることを示唆しており、逆転 - 吸収相の長さは骨芽前駆細胞がいかに素早くリクルートされて閾値に達するかに依存していると著者らは主張している。すなわち、骨芽前駆細胞がリクルートされる速度が遅くなるほど、より多くの骨が吸収されると考えられる。以上から、新たに見出した逆転 / 吸収相が骨芽前駆細胞の動員と、吸収から形成へのスイッチに重要な役割を担うというモデルが示唆された。

    IL-17 抗体

    インターロイキン 17 経路を標的とするモノクローナル抗体の有効性と安全性:無作為比較臨床試験のメタ解析

    原題:

    Efficacy and safety of monoclonal antibodies targeting interleukin-17 pathway for inflammatory arthritis:a meta-analysis of randomized controlled clinical trials

    著者:

    Min Wei and Dongmei Duan

    雑誌:

    Drug Des. Devel. Ther. 10: 2771-2777 (2016)

    POINT!

    IL-17 産生ヘルパー T 細胞は自己免疫や炎症性疾患に重要であり、炎症性関節炎組織で検出される。IL-17 の関節破壊に関与する裏付けは多数報告されているが、IL-17 経路阻害の臨床的な効果については検討が進められていた。今回、筆者らは関節リウマチ(RA)患者における IL-17 抗体の臨床的効果についてのメタ解析を行った。Pubmed に報告されている IL-17A 抗体、LY2439821(イキセキズマブ)及び AIN457(セクキヌマブ)また、IL-17 受容体(IL-17RA)抗体のブロダルマブの 3 つについて、任意抽出、プラセボ対象任意抽出、臨床試験を満たす 5 つの試験を解析対象とした。ACR20、ACR50、ACR70 と DAS28 について検討すると同時に、安全性と有害事象についても体系的に検討した。メタ解析の結果、IL-17 経路の阻害は RA 症状の改善に効果的であることが明らかとなった。特に、IL-17 阻害抗体は優位に ACR20 と ACR50 を改善し、DAS28 も減少させた。一方で、IL-17 阻害治療の副作用や非耐性はプラセボコントロール群より高かった。これまでの報告では ACR20 をエンドポイントに置くものが多かったので関節リウマチにおける IL-17 経路阻害効果を限定的に判断していた可能性があるかもしれない。ACR50、ACR70 並びに DAS28 も考慮に入れたこの解析結果は、炎症性関節炎治療における IL-17 経路抑制の臨床使用可能性の科学的根拠と考えられる。しかしながら、IL-17 受容体抗体を使用した乾癬患者に自殺願望の想起という副作用が報告されているため、今後も注視して行く必要があるだろう。

    腸内細菌叢

    内皮 TLR4 と腸内細菌叢は脳海綿状血管腫を促進する

    原題:

    Endothelial TLR4 and the microbiome drive cerebral cavernous malformations

    著者:

    Alan T. Tang, Jaesung P. Choi, Jonathan J. Kotzin, Yiqing Yang, Courtney C. Hong, Nicholas Hobson, Romuald Girard, Hussein A. Zeineddine, Rhonda Lightle, Thomas Moore, Ying Cao, Robert Shenkar, Mei Chen, Patricia Mericko, Jisheng Yang, Li Li, Ceylan Tanes, Dmytro Kobuley, Urmo Võsa, Kevin J. Whitehead, Dean Y. Li, Lude Franke, Blaine Hart, Markus Schwaninger, Jorge Henao-Mejia, Leslie Morrison, Helen Kim, Issam A. Awad, Xiangjian Zheng and Mark L. Kahn

    雑誌:

    Nature, doi:10.1038/nature22075 (2017)

    POINT!

    脳海綿状血管腫(CCM)は、脳卒中やてんかん発作の原因となるが、有効な治療法がまだ存在していなかった。著者らは、TLR4 と腸内細菌叢が CCM の形成を促進することを見出した。マウスでは、グラム陰性細菌の LPS によって、脳内皮細胞の TLR4 を活性化すると CCM 形成が促進され、TLR4 シグナルを抑制すると CCM 形成が抑制された。ヒトでは、TLR4 や CD14(TLR4 の共受容体)の発現を増加させる遺伝子多型が、CCM の罹患率と関連していた。無菌マウスでは CCM 形成が起こりにくく、一定期間の抗生剤を投与されたマウスでは CCM 形成が抑制された。これらの結果は、腸内細菌叢と自然免疫系が、脳血管疾患の病因に予想外の役割を持つことを示しており、CCM の新規治療法開発に繋がる可能性がある。

    ヘルパーT細胞

    病的に増殖した末梢のヘルパーT細胞サブセットが関節リウマチにおけるB細胞機能を促進する

    原題:

    Pathologically expanded peripheral T helper cell subset drives B cells in rheumatoid arthritis

    著者:

    Deepak A. Rao, Michael F. Gurish, Jennifer L. Marshall, Kamil Slowikowski, Chamith Y. Fonseka, Yanyan Liu, Laura T. Donlin, Lauren A. Henderson, Kevin Wei, Fumitaka Mizoguchi, Nikola C. Teslovich, Michael E. Weinblatt, Elena M. Massarotti, Jonathan S. Coblyn, Simon M. Helfgott, Yvonne C. Lee, Derrick J. Todd, Vivian P. Bykerk, Susan M. Goodman, Alessandra B. Pernis, Lionel B. Ivashkiv, Elizabeth W. Karlson, Peter A. Nigrovic, Andrew Filer, Christopher D. Buckley, James A. Lederer, Soumya Raychaudhuri and Michael B. Brenner

    雑誌:

    Nature, 542: 110-114 (2017)

    POINT!

    研究チームはリウマチ因子や抗シトルリン化ペプチド抗体陽性のseropositive患者の炎症滑膜から得たT細胞を、マスサイトメトリーで調べ、特徴的なヘルパー T 細胞を同定した。PD-1hiCXCR5-CD4+ という表現型をもつ T 細胞が関節滑膜局所だけでなく、血中にも見いだされた。この細胞は PD-1 陽性であるにもかかわらず、枯渇することはなく、IL-21 や CXCL-13、ICOSといった B細胞の抗体産生を促す因子を発現していた。また、濾胞 T 細胞のように BLIMP や MAF を発現していることもわかった。PD-1hiCXCR5+ 細胞と比較すると T-bet や CD44 の発現が高く、CCR7 や CD27 の発現は低かった。この PD-1hiCXCR5-CD4+細胞のB細胞刺激能を確かめると、IL-21 と SLAM5 を介してプラズマ細胞への分化を促していることがわかった。今回筆者ら炎症組織において、B 細胞の走化性を刺激し、さらに抗体産生を促進させるような新しいヘルパーT細胞の存在を明らかにした。非リンパ組織の炎症局所での自己抗体産生メカニズムの一端を明らかにするとともに、自己免疫疾患において PD-1が治療ターゲットになる可能性を提案したという点で興味深い。

    骨髄線維化

    レプチン受容体を発現する骨髄間質細胞は、原発性骨髄線維症における筋線維芽細胞である

    原題:

    Leptin-receptor-expressing bone marrow stromal cells are myofibroblasts in primary myelofibrosis

    著者:

    Matthew Decker, Leticia Martinez-Morentin, Guannan Wang, Yeojin Lee, Qingxue Liu, Juliana Leslie and Lei Ding

    雑誌:

    Nat Cell Biol doi:10.1038/ncb3530 (2017)

    POINT!

    原発性骨髄線維症(PMF)は骨髄線維化により、正常な造血が障害され、髄外造血を特徴とする血液疾患の一つである。骨髄の線維化を誘導するのは筋線維芽細胞だが、その起源は不明である。今回、著者らはトロンボポエチンを高発現させる系で PMF を誘導し、解析を行った。遺伝子フェイトマッピングを用い、レプチン受容体(Lepr)を発現する間質細胞が PMFにおける線維形成細胞、つまり筋線維芽細胞の起源であることを解明した。これらの細胞では造血幹細胞支持因子の発現が抑制されていると同時に、線維化・骨形成関連遺伝子の発現が促進されていることがわかった。また、Lepr+ 細胞で PDGFRαを欠損させると骨髄線維症が改善されたことや、逆に PDGFRαシグナル経路を活性化すると細胞増殖と髄外造血をきたすことから、PDGFRαシグナル経路が骨髄線維症に対する有効な治療標的である可能性が示唆された。

    造血

    肺は血小板生合成の場であり、造血前駆細胞の貯蔵庫である

    原題:

    The lung is a site of platelet biogenesis and a reservoir for haematopoietic progenitors

    著者:

    Emma Lefrançais, Guadalupe ortiz-Muñoz, Axelle Caudrillier, Beñat Mallavia, Fengchun Liu, David M. Sayah, Emily E. thornton, Mark B. headley, Tovo David, Shaun R. Coughlin, Matthew F. Krummel, Andrew D. Leavitt, Emmanuelle Passegué and Mark R. Looney

    雑誌:

    Nature, 544: 105-109 (2017)

    POINT!

    血小板は止血や血栓症、炎症応答に重要な役割を果たすが、成熟した血小板の産生プロセスは不明な点が多い。肺には巨核球が存在するといった過去の報告は、肺が血小板産生を担う臓器であることを示唆するが、これを示す直接的な証拠は得られていなかった。著者らは 2 光子顕微鏡によって肺微小循環を直接観察した結果、多数の巨核球が肺を循環し、血小板を放出していることを発見した。驚くことに、総血小板生成量の約 50%は肺で賄われており、一時間当たり約 1000 万個もの血小板を生み出している。また、肺の血管外腔にも造血前駆細胞や未熟・成熟巨核球が存在し、これら前駆細胞は血中血小板の減少や骨髄内の造血幹細胞の減少を十分に相補することことができる。さらに、複数の造血系細胞系譜に寄与することもわかった。以上の結果は、肺が血小板産生の主要な場であり、かなりの造血能を持つ臓器であることを示している。

    ALDH2

    ALDH2 遺伝子の一塩基遺伝子多型である rs671 は大腿骨近位部骨折発症に関連する

    原題:

    A missense single nucleotide polymorphism in the ALDH2 gene, rs671, is associated with hip fracture

    著者:

    Kenichiro Takeshima, Yuji Nishiwaki, Yasunori Suda, Yasuo Niki, Yuiko Sato, Tami Kobayashi, Kana Miyamoto, Hisaya Uchida, Wataru Inokuchi, Takashi Tsuji, Atsushi Funayama, Masaya Nakamura, Morio Matsumoto, Yoshiaki Toyama and Takeshi Miyamoto

    雑誌:

    Sci. Rep., 7: 428 (2017)

    POINT!

    大腿骨近位部骨折は骨粗鬆症による骨折の中で最も重篤である。家族歴が骨折のリスクファクターとして知られるが、遺伝的要因については未だに解明されていない。アルコール代謝過程に必要な 2 型アルデヒド脱水素酵素 (ALDH2) の一塩基遺伝子多型 rs671 は機能不全型で東アジアの人種に多いことが知られている。著者らは大腿骨近位部骨折患者 92 例と正常対照群 48 例の遺伝子多型をダイレクトシークエンス法で解析し、rs671 が有意に大腿骨近位部骨折発症と関連することを示した。さらに著者らはアセトアルデヒドによって骨芽細胞の機能障害が引き起こされることと、その障害は抗酸化物質である Trolox C を投与することで回避されることを in vitro の系で示した。以上の結果から rs671 保因者は大腿骨近位部骨折のリスクが高いこと、抗酸化物質投与を行なうことで骨折リスクを減らせる可能性があることが示唆された。

    制御性T細胞

    Fc 最適化された抗 CD25 抗体は腫瘍浸潤性制御性 T 細胞を減らし、定着したがんを根絶するための PD-1 阻害と協同する

    原題:

    Fc-Optimized Anti-CD25 Depletes Tumor-Infiltrating Regulatory T Cells and Synergizes with PD-1 Blockade to Eradicate Established Tumors

    著者:

    Frederick Arce Vargas, Andrew J.S. Furness, Isabelle Solomon, Kroopa Joshi, Leila Mekkaoui, Marta H. Lesko, Enrique Miranda Rota, Rony Dahan, Andrew Georgiou, Anna Sledzinska, Assma Ben Aissa, Dafne Franz, Mariana Werner Sunderland, Yien Ning Sophia Wong, Jake Y. Henry, Tim Oʼ Brien, David Nicol, Ben Challacombe, Stephen A. Beers, Melanoma TRACERx Consortium, Renal TRACERx Consortium, Lung TRACERx Consortium, Samra Turajlic, Martin Gore, James Larkin, Charles Swanton, Kerry A. Chester, Martin Pule, Jeffrey V. Ravetch, Teresa Marafioti, Karl S. Peggs and Sergio A. Quezada

    雑誌:

    Immunity, 46: 1-10 (2017)

    POINT!

    制御性 T 細胞は免疫応答の抑制的制御を司る T 細胞であり、過剰な免疫応答を抑制するための負の制御機構を担っている。がんでは腫瘍組織に浸潤している制御性 T 細胞が多いほど免疫療法の効果が抑制され、予後不良因子であることが報告されている。CD25 は制御性 T 細胞に高いレベルで発現しているが、これまでの報告によると、ガン治療における CD25 抗体の効果は限定的であった。著者らが抗 CD25 抗体(クローン PC-61, ラット IgG1)投与による制御性 T 細胞の減少を検討したところ、制御性 T 細胞数減少は末梢・リンパ節で認められたものの、腫瘍組織では観察されなかった。抗体依存的な細胞障害には、標的細胞の表面抗原に結合した抗体の Fc 部位がエフェクター細胞の FcγR に結合することが重要である。FcγR は活性化型受容体 (FcγRⅠ、Ⅲ、Ⅳ) と抑制型受容体 (Ⅱb) に二分されるが、腫瘍組織においては抑制型の Fcγ受容体(FcγRIIb)の発現が上昇しており、CD25 抗体による細胞障害が阻害されていた。そこで、PC-61 の Fc 領域をマウス抗体依存的な細胞障害を誘導しやすい IgG2a の Fc 領域に置き換えた抗体を検討したところ、腫瘍浸潤性制御性 T 細胞の減少を誘導できた。Fc 領域について最適化された抗 CD25抗体と、エフェクター T 細胞の作用を抑制する PD-1/PD-L1 経路を阻害できる抗 PD-1 抗体と共に投与すると腫瘍の排除がさらに増強することがわかり、併用療法も有効であることが示された。

    腸管IgA産生機構

    IgA産生と腸内細菌叢の多様性を制御する間葉系細胞の同定

    原題:

    Identification of subepithelial mesenchymal cells that induce IgA and diversify gut microbiota

    著者:

    Kazuki Nagashima, Shinichiro Sawa, Takeshi Nitta, Masanori Tsutsumi, Tadashi Okamura, Josef M Penninger, Tomoki Nakashima and Hiroshi Takayanagi

    雑誌:

    Nat. Immunol., doi: 10.1038/ni.3732. [Epub ahead of print]

    POINT!

    哺乳類の腸管に生着する腸内細菌叢は腸管免疫系と平衡状態を保っており、免疫グロブリン A (IgA) は腸内細菌叢の制御において重要な役割を果たす。IgA の誘導は主に腸管リンパ組織で起きるが、従来の研究は血球系に焦点を当てたものが多く、場を形成する間葉系細胞が IgA 産生に与える影響は不明な点が多かった。この研究では、腸管リンパ組織の上皮に接する間葉系細胞が RANKL を発現し、上皮の M 細胞分化とケモカイン CCL20 発現を制御することで、IgA 産生と腸内細菌叢の多様性維持に寄与することを見出した。この結果により M 細胞誘導細胞を標的とした炎症性腸疾患の治療やワクチン開発に繋がる可能性が示された。

    骨転移

    MAOA 依存的な Shh-IL6-RANKL シグナルネットワークの活性化はがん- 間質細胞間相互作用を介して前立腺がんの転移を促進する

    原題:

    MAOA-Dependent Activation of Shh-IL6-RANKL Signaling Network Promotes Prostate Cancer Metastasis by Engaging Tumor-Stromal Cell Interactions

    著者:

    Jason Boyang Wu, Lijuan Yin, Changhong Shi, Qinlong Li, Peng Duan, Jen-Ming Huang, Chunyan Liu,Fubo Wang, Michael Lewis, Yang Wang, Tzu-Ping Lin, Chin-Chen Pan, Edwin M. Posadas, Haiyen E. Zhau,and Leland W.K. Chung

    雑誌:

    Cancer Cell, 31, 368‒382 (2017)

    POINT!

    前立腺がんの転移は QOL や生存率に影響する、臨床的に重要な問題であるにもかかわらず、そのメカニズムには不明な点が多く残されている。これまでにモノアミンオキシダーゼ A(MAOA) 発現増加と前立腺がんの進行度や転帰不良との関連性が報告されてきた。MAOA 発現と前立腺がんの転移リスクは正の相関を示し、MAOA を強制発現したヒト前立腺がん細胞株 PC-3 をマウスに移植すると、コントロールと比較して高い骨転移能を示し、MAOA をノックダウンすると逆の効果が観察された。著者らはがん - ストローマ相互作用に関わる分子の qPCR アレイ解析などの結果、MAOA が転写因子 Twist1 を介した Shh の発現上昇を誘導することを見出した。さらに、Shh シグナルにより骨芽細胞からの IL-6 産生を刺激することで、骨微小環境におけるがん細胞の増殖を促進し、さらに、骨芽細胞からの RANKL と IL-6 産生を促進することで破骨細胞分化を促進し、骨へのコロニー形成を誘導することが明らかになった。マウス前立腺がん骨転移モデルに対するMAOA 阻害剤クロルギリンの投与によって、がん微小環境での Shh-IL-6-RANKL シグナルネットワークが阻害され、マウスの生存率が上昇し、転移が抑制されることが証明された。これらの発見は前立腺がん転移治療において MAOA やその関連分子を標的とした治療方法の可能性が示された。

    ミエロイド系細胞分化

    ミエロイド系前駆細胞クラスター形成は緊急状態や白血病性のミエロイド系細胞分化を促進する

    原題:

    Myeloid progenitor cluster formation drives emergency and leukaemic myelopoiesis

    著者:

    Aurélie Hérault, Mikhail Binnewies, Stephanie Leong, Fernando J. Calero-Nieto , Si Yi Zhang, Yoon-A Kang, Xiaonan Wang, Eric M. Pietras, S. Haihua Chu, Keegan Barry-Holson, Scott Armstrong, Berthold Göttgens and Emmanuelle Passegué

    雑誌:

    Nature, 544, 53‒58 (2017)

    POINT!

    骨髄におけるミエロイド系細胞分化の空間的構成は未だに不明である。本研究で、著者らは 5-FU や抗 Ly6G抗体、G-CSF 投与などにおける緊急状態や骨髄増殖性腫瘍モデルマウスでのミエロイド系細胞分化における顆粒球 / マクロファージ前駆細胞 (GMP) の挙動を追跡した。定常状態では個々の GMP が骨髄全体に散在している一方、再生時には、拡大したパッチ状の GMP が境界の明瞭な GMP クラスターを形成し、それぞれのクラスターは個々の HSC 由来でクローナルであることがわかった。主要な複数の遺伝子発現の主成分分析と次元圧縮による解析によって、5-FU 投与後の時期で遺伝子発現が完全に逆転し、パッチ状 GMP での細胞周期関連遺伝子上昇と分化関連遺伝子発現低下、およびその後形成されるGMP クラスターでの逆の遺伝子発現の傾向が明らかにされた。さらに、GMP クラスター形成を制御する誘導性自己複製前駆細胞ネットワークの中心的な役割を担う転写因子として Irf8 とβ- カテニンを同定し、β- カテニンは直接的に Irf8 の発現を直接的に抑制することが示された。さらなる解析から、緊急状態のミエロイド系細胞分化を開始する SCF や IL-1βの早期における産生、Irf8 とβ- カテニンによる前駆細胞自己複製ネットワークによって誘導されるパッチ状 GMP 形成時に決定的な G-CSF の放出、HSC を静止状態に戻す再生性応答の時間を決定する TGF-β1 や CXCL4 の後期における GMP クラスター周囲の巨核球からの産生も明らかにされた。白血病状態では、白血病性骨髄ニッチによって産生された IL-1 などの活性化サイトカインの高発現の結果、自己複製ネットワークが持続的に活性化し、巨核球の欠損や TGF-β1、CXCL4 などの静止状態増強に必要不可欠なサイトカインが不足することにより、GMP クラスターが常に産生されている。これらの結果から、これまで認識されていなかったGMP の動的挙動が in situ で明らかになり、緊急状態ではミエロイド系細胞分化を調節し、白血病状態では異常をきたしている可能性が示唆された。

    骨髄脂肪細胞

    肥満や加齢による脂肪細胞の骨髄での蓄積は造血と骨再生を障害する

    原題:

    Adipocyte Accumulation in the Bone Marrow during Obesity and Aging Impairs Stem Cell-Based Hematopoietic and Bone Regeneration

    著者:

    Thomas H. Ambrosi, Antonio Scialdone, Antonia Graja, Sabrina Gohlke, Anne-Marie Jank, Carla Bocian, Lena Woelk, Hua Fan, Darren W. Logan, Annette Schurmann, Luis R. Saraiva, and Tim J. Schulz

    雑誌:

    Cell Stem Cell, 20, 1‒14 (2017)

    POINT!

    加齢や肥満などによって骨髄腔における脂肪細胞蓄積が誘導され、骨形成や造血が障害されると考えられているがその因果関係は完全には明らかにされていなかった。本研究で、著者らは骨髄における骨形成・脂肪形成に関わる、少なくとも 4 つの異なる細胞集団が骨の異なる部位に存在することを見出した。すなわち、CD45‒CD31‒Sca1+CD24+ の幹細胞様の特性をもつ血管周囲のポピュレーション、CD45‒CD31‒Sca1‒PDGFRα+ の骨軟骨分化能をもつ前駆細胞ポピュレーション、CD45‒CD31‒Sca1+CD24‒の脂肪分化能をもつ前駆細胞ポピュレーション、より成熟した脂肪細胞前駆細胞の CD45‒CD31‒Sca1‒Zfp423+ である。CD45‒CD31‒Sca1+CD24+ の幹細胞様ポピュレーションは Prx1-Cre を発現する間葉系細胞で、他の 2 つの前駆細胞ポピュレーションへの分化能を有する。さらに、加齢が骨形成性の細胞系列を障害する一方、高脂肪食を与えると脂肪細胞系列の増殖が活性化され、この効果は特に老齢動物で有意に促進されていた。加えて、これまでに骨髄脂肪細胞が造血に負の影響を及ぼすことが報告されていることから、造血系再構築に対する影響を調べたところ、脂肪形成能を有する細胞の骨内への移植後、ドナー由来造血系前駆細胞の再構築能は有意に減少した一方、多分化能を有するCD45‒CD31‒Sca1+CD24+ のポピュレーションの移植により、ドナー由来造血系前駆細胞の再構築能が有意に上昇した。以上から、この多分化能を有するポピュレーションが脂肪形成性刺激により脂肪細胞系列に分化する能力を有し、同時に造血再生を支持する一方、脂肪形成性細胞は造血系再構築能を抑制することが確認された。最後に、著者らは RNA-seq 解析により 4 つのポピュレーションの細胞特性を比較し、脂肪形成性細胞で最も高く発現する液性因子 Dpp4 に着目した。DPP4 阻害剤シタグリプチン投与によって、脂肪形成性細胞移植による骨折治癒抑制効果が消失し、さらに骨形成性前駆細胞移植後の骨折治癒を促進することが明らかにされた。実際、Dpp4 欠損脂肪形成性前駆細胞を移植しても、骨折治癒に対する抑制効果が観察されなかった。以上から、骨に存在する脂肪形成性細胞系列の分子的特性が明らかになり、加齢依存的な骨や造血再生の機能異常に関わることが示唆された。

    骨細胞分化

    miR-23a クラスターは骨芽細胞での TGF-βシグナルを制御することで骨細胞分化を促進する

    原題:

    MicroRNA miR-23a cluster promotes osteocyte differentiation by regulating TGF-β signaling in osteoblasts

    著者:

    Huan-Chang Zeng, Yangjin Bae, Brian C. Dawson, Yuqing Chen, Terry Bertin, Elda Munivez, Philippe M.Campeau, Jianning Tao, Rui Chen and Brendan H. Lee

    雑誌:

    Nat Commun, 8:15000 (2017)

    POINT!

    骨芽細胞分化の転写制御に関してはよく研究されてきたが、成熟骨芽細胞から骨細胞への分化を制御する因子はほとんどわかっていない。著者らは miRNA に着目してマウス頭蓋骨の RNA-Seq 解析を行い、miR-23a クラスターが骨で高く発現することを見出した。このクラスターは miR-23a と miR-27a、miR-24-2 で構成され、1 本の前駆 miRNA として転写された後、3 つの成熟 miRNA に切断される。Colla1 2.3kb プロモーターによる骨芽細胞特異的な miR-23a クラスターの Tg マウスでは、骨芽細胞数の減少と骨細胞の増加を伴う低骨量を示した。一方、miR-23a や miR-27a、miR-24-2 それぞれに対するデコイを骨芽細胞特異的に強制発現させた機能喪失型の Tg マウスをそれぞれ作製したところ、miR-23a とmiR-27a のデコイ Tg マウスにおいて骨細胞数の減少が観察された。さらに、RNA-seq 解析から TGF-βシグナル伝達に関わる分子の発現変化が明らかになった。TGF-β経路の負の制御因子である Prdm16 の発現は miR-23a によって直接的に抑制され、同時に Prdm16 自身は Sost 発現を抑制した。また、miR-23a クラスターの既知のターゲットとして Satb2 も同定されており、その影響も考えられた。実際に、抗 TGF-β抗体投与によって miR-23a クラスター Tg マウスの表現型がレスキューされた。以上より、miR-23a クラスターは Prdm16 を標的とし、それにより TGF-βシグナル伝達経路を調節することで骨細胞分化を制御することが明らかになった。

    食欲

    骨由来 Lipocalin2 による MC4R 依存的食欲抑制

    原題:

    MC4R-dependent suppression of appetite by bone-derived lipocalin 2

    著者:

    Ioanna Mosialou, Steven Shikhel, Jian-Min Liu, Antonio Maurizi, Na Luo, Zhenyan He, Yiru Huang, Haihong Zong, Richard A. Friedman, Jonathan Barasch, Patricia Lanzano, Liyong Deng, Rudolph L. Leibel, Mishaela Rubin, Thomas Nicholas, Wendy Chung, Lori M. Zeltser, Kevin W. Williams, Jeffrey E. Pessin and Stavroula Kousteni

    雑誌:

    Nature, 543, 385‒390 (2017)

    POINT!

    骨が FGF23 やオステオカルシンを産生する内分泌器官であることが近年明らかにされている。著者らが以前報告した骨芽細胞特異的 Foxo1 欠損マウスでのエネルギー代謝改善における、オステオカルシン以外の原因を調べるため、頭蓋冠由来骨芽細胞のマイクロアレイ解析が行われた。著者らは Foxo1 欠損細胞で発現上昇した分泌型タンパク質のうち、肥満との関連性が報告されている Lipocalin2 (LCN2) に着目した。LCN2は主に脂肪組織が分泌すると考えられていたが、著者らの解析から骨における LCN2 の発現が最も高く、白色脂肪組織よりも 10 倍程度高い発現を示すことが明らかになった。さらに、脂肪細胞特異的 LCN2 欠損マウスを作製しても特に影響はみられなかったが、骨芽細胞特異的 LCN2 欠損マウスでは食欲が増進し、耐糖能やインスリン感受性が悪化した。骨芽細胞由来の LCN2 の血中量は絶食後の再摂食 1~3 時間後に上昇し、またそれに同調して食餌量は食餌 1~3 時間後に抑制されることも示された。次に食欲に影響を及ぼす視床下部でのシグナル伝達分子のうち、Melanocortin4 受容体 (MC4R) シグナルの下流分子だけが骨芽細胞特異的 LCN2 欠損マウスや LCN2 を投与した野生型マウスで変化していたこと、生理的濃度のビオチン化 LCN2 を LCN2 欠損マウス脳室内に投与すると、MC4R を発現する室傍核と腹内側核の神経細胞に結合したこと等の様々な結果から、LCN2が血液脳関門を通過し、視床下部の MC4R と結合して MC4R 依存的な食欲抑制経路を活性化することが証明された。また、LCN2 はMC1R や MC3R 受容体にも結合した。以上の結果から、LCN2 が MC4R 依存的に食欲を抑制する骨由来ホルモンであり、食欲制御が骨の内分泌機能の 1 つであることが証明され、LCN2 が肥満やインスリン抵抗性を制御するための新たなツールとなることが期待される。また、これまでに LCN2 欠損マウスでは食欲に変化がみられないという報告が 2 報存在することから、ヒトでの解析を含めたさらなる詳細な検討が必要であると考えられる。

    骨転移

    ROR1‒HER3¬‒lncRNA シグナルは Hippo‒YAP 経路を制御して骨転移を促進する

    原題:

    A ROR1‒HER3‒lncRNA signalling axis modulates the Hippo‒YAP pathway to regulate bone metastasis

    著者:

    Chunlai Li, Shouyu Wang, Zhen Xing, Aifu Lin, Ke Liang, Jian Song, Qingsong Hu, Jun Yao, Zhongyuan Chen, Peter K. Park, David H. Hawke, Jianwei Zhou, Yan Zhou, Shuxing Zhang, Han Liang, Mien-Chie Hung, Gary E. Gallick, Leng Han, Chunru Lin and Liuqing Yang

    雑誌:

    Nat Cell Biol, 19, 106‒119 (2017)

    POINT!

    ROR1 は多様ながん細胞で高く発現することが報告されている。著者らはデータベースから、ROR1発現がトリプルネガティブ乳がん細胞 (TNBC) で有意に高く発現し、患者の予後不良と相関することを見出した。さらに、CRISPR-Cas9 法によって作製した ROR1 欠損細胞を用いると、がん細胞誘導性の破骨細胞分化や骨転移が抑制された。質量分析法により ROR1 と相互作用する分子として HER3 を同定することに成功し、リガンドである NRG1 に応答して ROR1 と HER3 がヘテロダイマーを形成することで HER3 の 1307 番目のチロシンリン酸化が誘導されることが証明された。著者らはさらに ROR1‒HER3 のがん細胞における詳細なシグナル伝達機構を調べた。ROR1 欠損細胞における遺伝子発現を調べたところ、YAP1 標的遺伝子の大多数の発現が抑制されていたことから、Hippo‒YAP 経路の活性化が ROR1‒HER3 ヘテロダイマーの重要な下流シグナルであることが示唆された。著者らは質量分析法を駆使し、HER3 のチロシン 1307 リン酸化が BCAR3 によって認識され、さらにアダプタータンパク質の LLGL2 がリクルートされることで ROR1 によってリン酸化されることや、ROR1 とLLGL2 に相互作用する分子として 59 番目のリジンがジメチル化された MST1 と RNA 結合性メチルトランスフェラーゼである NSUN6 が同定された。さらに、RNAi ライブラリを用いたスクリーニングによって長鎖ノンコーディング RNA である MAYA がリン酸化 LLGL2 と NSUN6 の両者に結合して巨大な RNA タンパク質複合体形成を担うことが明らかにされた。すなわち、NRG1 は ROR1 と HER3 のヘテロダイマー化を促進してチロシン 1307のリン酸化を誘導し、それにより BCAR3-LLGL2-MAYA-NSUN6 複合体が形成され、MST1 を 59 番目のリジンジメチル化によって不活性化し、そのターゲットである LAT1/2 も阻害され、YAP が安定化することで CTGF などの YAP 標的遺伝子発現が活性化され、破骨細胞分化や骨転移が促進されることが証明された。さらに、HER3チロシン 1307 のリン酸化状態、ROR1 発現、HER3 のリン酸化チロシン 1307、MAYA 発現が臨床転帰不良などと相関することから、がん細胞特異的な ROR1‒HER3 と Hippo‒YAP 経路の連携機構が証明され、骨転移などに対する重要な治療標的であることが示唆された。

    血管内皮細胞

    細胞‒細胞外マトリクス間のシグナルは発生期の骨形成において骨の血管内皮細胞分化を決定する

    原題:

    Cell‒matrix signals specify bone endothelial cells during developmental osteogenesis

    著者:

    Urs H. Langen, Mara E. Pitulescu, Jung Mo Kim, Rocio Enriquez-Gasca, Kishor K. Sivaraj, Anjali P.Kusumbe, Amit Singh, Jacopo Di Russo, M. Gabriele Bixel, Bin Zhou, Lydia Sorokin, Juan M. Vaquerizas and Ralf H. Adams

    雑誌:

    Nat Cell Biol 19, 189‒201 (2017)

    POINT!

    骨の血管は骨形成を制御し、局所ニッチ環境を形成することで造血を支持する。著者らは最近、CD31hi Emcnhi の H 型毛細血管が、成体マウスにおいて造血と骨形成を同調して制御することを報告したが、発生期の骨における血管内皮細胞ポピュレーションについては不明であった。本報告で、著者らは胎生期と生後早期の長管骨では CD31hi Emcnhi のポピュレーションが 2 つに分かれており、H 型以外にも E 型と命名した特殊な血管内皮細胞サブタイプが含まれることを見出した。さらに、これらの E 型血管は H 型よりも BMP 発現を強く発現することなどによりOsterix+ 細胞と近接して骨芽細胞系列細胞を支持することや、E 型血管内皮細胞特異的 Cre 発現マウスとして AplnCreERマウスを用いた解析で E 型から他の血管内皮細胞ポピュレーションが分化することが示唆された。さらに、それぞれのポピュレーションにおける RNA-seq データのパスウェイ解析から、L 型血管内皮細胞と比較して E 型や H 型では細胞外マトリクス、基底膜、細胞接着因子などに関わる遺伝子が高く発現しており、骨内血管内皮細胞の分化と機能的特性を発揮するために、細胞外マトリクスとの相互作用によるシグナル伝達が必要であることが示唆された。実際に、血管内皮細胞特異的β1 インテグリン欠損マウスでは、血管内皮細胞分化 - や生後の骨成長に異常をきたし、この表現型は血管内皮細胞特異的ラミニンα5 欠損マウスで一部再現されることも示された。これらの結果から、ヒトの先天性疾患や他の疾患での骨マトリクスの変化が血管系に変化を及ぼす影響も考慮されるべきであると考えられる。

    動脈硬化

    マウスにおいて TET2 欠損に関連したクローン性造血は動脈硬化発症を促進する

    原題:

    Clonal hematopoiesis associated with TET2 deficiency accelerates atherosclerosis development in mice

    著者:

    José J. Fuster, Susan MacLauchlan, María A. Zuriaga, Maya N. Polackal, Allison C. Ostriker, Raja Chakraborty, Chia-Ling Wu, Soichi Sano, Sujatha Muralidharan, Cristina Rius, Jacqueline Vuong, Sophia Jacob, Varsha Muralidhar, Avril A. B. Robertson, Matthew A. Cooper, Vicente Andrés, Karen K. Hirschi, Kathleen A. Martin and Kenneth Walsh

    雑誌:

    Science, 355: 842-847 (2017)

    POINT!

    近年の研究により、ヒトにおける高齢者の血球系細胞にエピジェネティック調節に関連する遺伝子の突然変異を有することが示されている。増殖系組織におけるこれら加齢と関連した体細胞突然変異は、変異した細胞のクローン性増殖をもたらすことで、白血病や心血管疾患のリスクを上昇させると考えられている。著者らは、これらエピジェネティック調節関連酵素の一つ、Ten-eleven translocation 2 (Tet2) がアテローム性動脈硬化発症に影響するかを確かめた。本発明者らは、アテローム性動脈硬化症になりやすい低密度リポタンパク質受容体欠損マウスにおける Tet2 突然変異細胞の影響を研究した。Tet2 欠損骨髄細胞を移植したマウスにおいて、アテローム性動脈硬化症が悪化することを見出した。TET2 欠損マクロファージは、NLRP3 インフラマソームを介した IL-1β分泌が増加していた。これらの結果は、加齢により増加すると考えられている血液細胞中の体細胞性 TET2 変異が、アテローム性動脈硬化症の原因となるという仮説を裏付けるものである。

    造血幹細胞ニッチ

    血管周囲造血幹細胞ニッチの異なるサイトカインの寄与

    原題:

    Differential cytokine contributions of perivascular haematopoietic stem cell niches

    著者:

    Noboru Asada, Yuya Kunisaki, Halley Pierce, Zichen Wang, Nicolas F. Fernandez, Alexander Birbrair, Avi Maʼ ayan and Paul S. Frenette

    雑誌:

    Nat. Cell. Biol., 19: 214‒223 (2017)

    POINT!

    骨髄の細動脈および類洞周囲は、神経 / グリア抗原 2(NG2)およびレプチン受容体(LepR)を発現するストローマ細胞を伴い、造血幹細胞の静止および増殖を調節する特殊なニッチを構成する。しかし、ニッチ細胞が HSC 機能を調節する方法は未知のままである。筆者達は、HSC 機能を調節するサイトカインの作用は細胞産生源に依存することを示した。nestin-GFP によりラベルされた血管周囲細胞からの chemokine (C-X-C motif) ligand 12(CXCL12) または Stem cell factor(Scf)の欠損は、骨髄造血幹細胞を枯渇させた。細動脈の NG2+ 細胞からの選択的Cxcl12 欠失は HSC 減少を引き起こしたが、類洞 LepR+ 細胞から産生される CXCL12 を欠損させても HSC を枯渇させなかった。一方、LepR+ 細胞中の Scf の欠損は BM HSC 数の減少をもたらしたものの、NG2+ 細胞からの Scf 欠損はBM HSC に影響を与えなかった。これらの結果は、今まで分離することが複雑であった別個の血管ニッチにおける脈管周囲細胞由来のそれぞれのサイトカインの HSC 維持に対する寄与を示した。

    オステオポンチン

    オステオポンチンは造血幹細胞の加齢関連性表現型を減弱させる

    原題:

    Osteopontin attenuates aging-associated phenotypes of hematopoietic stem cells

    著者:

    Novella Guidi, Mehmet Sacma, Ludger Ständker, Karin Soller, Gina Marka, Karina Eiwen, Johannes M. Weiss, Frank Kirchhoff, Tanja Weil, Jose A. Cancelas, Maria Carolina Florian and Hartmut Geiger

    雑誌:

    EMBO J. pii: e201694969. doi: 10.15252/embj.201694969 (2017)

    POINT!

    老化は造血幹細胞(HSC)のミエロイド系統への偏りや、再構成能の低下を含む機能および構造の変化を受ける。HSC の老化は細胞内因性のメカニズムの寄与が知られているが、加齢に伴う骨髄ニッチの変化が HSC 老化を調節するかどうかはほとんど知られていない。著者らは老齢マウスの骨髄におけるオステオポンチン(OPN)の発現が減少することを見出した。若年造血幹細胞を OPN ノックアウトニッチへ移入すると、生着の低下、長期 HSC頻度の増加、および幹細胞極性が減弱した。一方、老化した HSC をトロンビン切断 OPN に曝すと、生着の増加、HSC 頻度の減少、幹細胞の極性の増加、および末梢血におけるリンパ球および骨髄細胞のバランスの回復が観察された。これらの結果は、HSC 老化に対する間質由来 OPN の減少に対する重要な役割を示唆し、トロンビン切断 OPN が老化に関連する HSC 表現型の新しいニッチファクターであることを示唆する。

    ビタミン D

    ビタミン D 誘導性の骨量増加には骨芽細胞系列での VDR による骨吸収が重要である

    原題:

    VDR in Osteoblast-lineage Cells Primarily Mediates Vitamin D Treatment- Induced Increase in Bone Mass by Suppressing Bone Resorption

    著者:

    Yuko Nakamichi, Nobuyuki Udagawa, Kanji Horibe, Toshihide Mizoguchi, Yoko Yamamoto, Takashi Nakamura, Akihiro Hosoya, Shigeaki Kato, Tatsuo Suda and Naoyuki Takahashi

    雑誌:

    J Bone Miner Res, doi: 10.1002/jbmr.3096. [Epub ahead of print]

    POINT!

    エルデカルシトール (ELD) 投与による骨量増加過程では、骨形成促進よりも骨吸収抑制に対する影響が強いと考えられている。しかしながら、ビタミン D 誘導性の骨吸収抑制に重要な VDR 発現細胞は不明であった。本報告で、著者らは新たに作製した Vdr flox マウスと Sp7-Cre、もしくは Ctsk-Cre を交配し、骨芽細胞系列特異的コンディショナル欠損 (cKO) マウスと破骨細胞特異的 cKO マウスを作製し、4 週間 ELD 投与した後の骨量に対する影響を調べた。いずれのマウスも未処理状態では骨量に変化がみられなかったが、ELD投与後、破骨細胞特異的 cKO マウスはコントロールと同程度の骨量増加が確認された一方、骨芽細胞系列特異的 cKO マウスでは骨量上昇が観察されなかった。これらの結果は、ビタミン D によって誘導される骨量増加に骨芽細胞系列での VDR を介したシグナル伝達が重要であることを示唆している。

    ジーントラップ法

    可変型遺伝子トラップ法による変異マウスデータベースを用いた新規骨代謝関連遺伝子同定のための効率的なスクリーニングシステムの構築

    原題:

    Development of an effcient screening system to identify novel bone metabolism- related genes using the exchangeable gene trap mutagenesis mouse models

    著者:

    Syuji Kurogi, Tomohisa Sekimoto, Taro Funamoto, Tomomi Ota, Shihoko Nakamura, Takuya Nagai, Mai Nakahara, Kumiko Yoshinobu, Kimi Araki, Masatake Araki and Etsuo Chosa

    雑誌:

    Sci Rep, 7:40692.

    POINT!

    著者らは、新規遺伝子の単離同定と個体レベルでの機能解析が可能な可変型遺伝子トラップ法による熊本大学 EGTC データベースに登録されている系統を用い、骨代謝に関わる新規遺伝子同定のための効率的なスクリーニングシステム構築を行った。データベース上の 1278 クローンのうち、1 次スクリーニングとして EST 発現プロファイル、トラップベクターに含まれるβ-geo を利用した X-gal 染色、過去の関連文献、in vivo での骨代謝関連性が過去に報告されていない、などの基準によって 52 の候補遺伝子を選出し、トラップ ES クローンからキメラマウスを作製した。それらのうち、42 系統のオスマウスで骨量や骨強度などに異常が観察された。一例として、このスクリーニングシステムによって選ばれた Lbr と Nedd4 のトラップマウスはどちらも有意な骨量減少と骨脆弱性を呈した。また、骨量・骨強度増加を呈する新規遺伝子トラップマウスも同定された。以上から、骨代謝制御に関わる新規遺伝子の同定に関して、EGTC データベースを用いたスクリーニングシステムが有用であると考えられる。

    PTH

    副甲状腺ホルモンは骨髄間葉系細胞の運命を決定する

    原題:

    Parathyroid Hormone Directs Bone Marrow Mesenchymal Cell Fate

    著者:

    Yi Fan, Jun-ichi Hanai, Phuong T. Le, Ruiye Bi, David Maridas, Victoria DeMambro, Carolina A.Figueroa, Serkan Kir, Xuedong Zhou, Michael Mannstadt, Roland Baron, Roderick T. Bronson, Mark C. Horowitz, Joy Y. Wu, John P. Bilezikian, David W. Dempster, Clifford J. Rosen and Beate Lanske

    雑誌:

    Cell Metab, 25, 1‒12 (2017)

    POINT!

    PTH の間欠投与は骨量を増加させ、骨折を抑制することから、実際に骨粗鬆症治療に用いられるが、その作用機序には不明な点が残されていた。著者らは Prr1-Cre マウスを用いて Pth1r の間葉系前駆細胞特異的コンディショナル欠損 (cKO) マウスを作製し、骨形成の低下と骨吸収の亢進に加え、骨髄脂肪細胞の増加が引き起こされることを見出した。また、cKO マウスでは骨髄由来の脂肪細胞は脂肪細胞分化に関わる転写因子や分化マーカーに加え、RANKL を強く発現していた。cKO マウスにおいて RANKL タンパク質量は骨髄上清や血清中でも上昇しており、骨髄の Pref1+RANKL+ 脂肪前駆細胞が増加している一方、他の脂肪組織では検出されなかった。PTH の間欠投与によってコントロールマウスで骨髄脂肪組織量が顕著に減少した一方、cKO マウスでは観察されなかったことから、PTH による骨髄脂肪細胞分化に対する直接的な作用が確認された。さらに、ヒトの男性骨粗鬆症患者に対する PTH 治療によって骨髄脂肪細胞数が減少したことも骨生検サンプルで確認された。これらの発見は PTH が骨髄間葉系前駆細胞の骨芽細胞への運命決定を制御することで、骨髄脂肪分化を抑制することを示している。

    Dmp1-Cre

    Dmp1-Cre の想定外の発現によって明らかにされた Bmpr1a シグナルの成獣マウス消化管間葉組織における重要な役割

    原題:

    Unintended targeting of Dmp1-Cre reveals a critical role for Bmpr1a signaling in the gastrointestinal mesenchyme of adult mice

    著者:

    Joohyun Lim, Joseph Burclaff, Guangxu He, Jason C Mills and Fanxin Long

    雑誌:

    Bone Res, 5, 16049 (2017)

    POINT!

    マウス Dmp1 遺伝子の 15kb フラグメントによって発現誘導を受ける Dmp1-Cre マウスは、骨細胞における遺伝子機能解析に欠かせないツールとして幅広く用いられている。しかしながら、Ai9 レポーターマウスを用いた解析により、著者らは 2 ヶ月齢のマウスで Dmp1-Cre が骨基質内の骨細胞だけでなく、骨幹端の骨表面に存在する骨芽細胞や前骨芽細胞でも発現することを確認した。骨髄では血管に近接する一部のストローマ細胞でも Cre による組換えが観察された。骨格系以外では、Dmp1-Cre はこれまで報告されている骨格筋だけでなく、小脳や後脳の一部の細胞、胃や腸管の Pdgfra を発現する粘膜固有層の間葉系細胞でも組換えが起きることを見出した。Bmpr1a を Dmp1-Cre で欠損させると数多くの大きなポリープが消化管に沿って形成されたが、この表現型は過去の報告で Villin プロモーターによって Noggin を強制発現したマウスと一致している。すなわち、Dmp1-Cre は骨芽細胞系列の予想よりも早期で発現するだけでなく、多くの非骨格系組織の細胞でも組換えを起こしてしまう可能性があり、Dmp1-Cre を用いる際には注意が必要であると考えられる。

    疾患特異的マクロファージ

    線維症に関与する新規モノサイトとその前駆細胞の同定

    原題:

    Identification of an atypical monocyte and committed progenitor involved in fibrosis

    著者:

    Takashi Satoh, Katsuhiro Nakagawa, Fuminori Sugihara, Ryusuke Kuwahara, Motooki Ashihara, Fumihiro Yamane, Yosuke Minowa, Kiyoharu Fukushima, Isao Ebina, Yoshichika Yoshioka, Atsushi Kumanogoh and Shizuo Akira

    雑誌:

    Nature, 541: 96-101 (2017)

    POINT!

    線維症は極めて予後の悪い重篤な疾患であり、有効な治療薬も存在しない。免疫系の病態への関与が示唆されてきたが、詳細な機序は不明であった。著者らは肺線維症モデルマウスの患部で増加する免疫細胞を詳細に検討し、これまでに報告のない新しい細胞種、SatM (Segregated nucleus atypical monocyte) を同定した。SatM の分化に必要な遺伝子を欠損したマウスでは線維症が完全に抑えられたことから、線維化に重要な働きを持つことが示唆された。また SatM は非常にユニークな形態や遺伝子発現パターンを有しており、既知のマクロファージとは異なる分化経路で発生することが明らかとなった。著者らの一連の報告から、疾患特異的なマクロファージが様々な病気の病態形成に関与することが解明されてきており、今後の更なる発展が期待される。

    幹細胞

    異種間器官形成は自家性の機能的な膵臓を産生する

    原題:

    Interspecies organogenesis generates autologous functional islets

    著者:

    Tomoyuki Yamaguchi, Hideyuki Sato, Megumi Kato-Itoh, Teppei Goto, Hiromasa Hara, Makoto Sanbo, Naoaki Mizuno, Toshihiro Kobayashi, Ayaka Yanagida, Ayumi Umino, Yasunori Ota, Sanae Hamanaka, Hideki Masaki, Sheikh Tamir Rashid, Masumi Hirabayashi and Hiromitsu Nakauchi

    雑誌:

    Nature, 542: 191-196 (2017)

    POINT!

    糖尿病の治療法の一つに膵島移植がある。筆者らはこれまでに、異種間胚盤胞補完法により、マウスの体内でラットの多能性幹細胞(PSC)からラットの膵臓を作製できることを示している。この方法で作製された膵臓は、機能的でありラット由来の細胞で構成されたが、大きさはマウスサイズでありラットの糖尿病を治療するには数量の問題があった。今回筆者らは、膵臓がない Pdx-1 欠損ラット胚盤胞にマウス PSCを注入する実験を行うことで、マウス PSC 由来細胞から構成されるラットサイズの膵臓を作製した。次に、これらのマウス‒ラットのキメラ膵臓から調製した膵島をストレプトゾトシン誘発性糖尿病マウスに移植した。移植された膵島は、移植直後の 5 日間を除き、免疫抑制を行わずに、370 日間以上にわたり宿主の血糖値を正常に維持した。これらのデータは、胚盤胞補完法によって異種動物体内で作製された PSC 由来膵島を治療に用いるという概念を実証するものである。また、臓器サイズは細胞内因性だけで規定されるのではなく、細胞外の要因も関与するということが示唆されたのは興味深い。

    関節リウマチ

    関節リウマチにおいて、病的に増殖した末梢ヘルパーT細胞サブセットがB細胞を駆動する

    原題:

    Pathologically expanded peripheral T helper cell subset drives B cells in rheumatoid arthritis

    著者:

    Deepak A. Rao, Michael F. Gurish, Jennifer L. Marshall, Kamil Slowikowski, Chamith y. Fonseka, Yanyan Liu, Laura T. Donlin, Lauren A. Henderson, Kevin Wei, Fumitaka Mizoguchi, Nikola C. Teslovich, Michael E. Weinblatt, Elena M. Massarotti, Jonathan S. Coblyn, Simon M. Helfgott, yvonne C. Lee, Derrick J. Todd, Vivian P. bykerk, Susan M. Goodman, Alessandra. Pernis, Lionel Ivashkiv, Elizabeth W. Karlson, Peter A. Nigrovic, Andrew Filer, Christopher D. buckley, James A. Lederer, Soumya Raychaudhuri and Michael B. Brenner

    雑誌:

    Nature, 542: 110-114 (2017)

    POINT!

    CD4+ T 細胞は、自己免疫病の発症に重要な細胞である。特定の疾患における CD4+T細胞のエフェクター機能については詳細は不明である。今回筆者たちは、関節リウマチについて、その患者由来の関節組織内の活性化 T 細胞を、マスサイトメトリーを用いて解析した。すると、関節リウマチ患者の滑膜では、PD-1hiCXCR5-CD4+ T 細胞集団が著しく増加していることが明らかになった。筆者たちは、この細胞集団がIL-21、CXCL13、ICOS および MAF など B 細胞の働きを補助する因子を発現することを明らかにし、このPD-1hiCXCR5-CD4+ T 細胞を「末梢ヘルパー T(TPH)」と名付けた。TPH 細胞は、病的な炎症を起こしている非リンパ組織内で、B 細胞応答と抗体産生を促進する独特なサブセットであることが示唆された。

    アディポカイン

    脂肪組織に由来する循環 miRNA が他組織の遺伝子発現を制御する

    原題:

    Adipose-derived circulating miRNAs regulate gene expression in other tissues

    著者:

    Thomas Thomou, Marcelo A. Mori, Jonathan M.Dreyfuss, Masahiro Konishi, Masaji Sakaguchi, Christian Wolfrum, Tata Nageswara Rao, Jonathon N. Winnay, Ruben Garcia-Martin, Steven K. Grinspoon, Phillip Gorden and C. Ronald Kahn

    雑誌:

    Nature, 542: 450-455 (2017)

    POINT!

    筆者らは、マイクロ RNA(miRNA)プロセシング酵素として良く知られる Dicer の脂肪組織特異的ノックアウト(ADicerKO)マウスを解析した。ADicerKO マウスは脂肪萎縮、インスリン耐性、FGF21の血中濃度が上昇していた。ヒト脂肪萎縮症患者の循環エキソソームの miRNA のレベルが減少していることも見出した。脂肪組織の中でも特に褐色脂肪組織を ADicerKO マウスへ移植すると循環する miRNA のレベルが回復し、これに伴って糖耐性の改善と肝臓 Fgf21 mRNA 発現と循環 FGF21 の減少が観察された。この FGF21遺伝子発現制御は、正常マウスの血清エキソソームの投与によりレスキューすることができた。従って、脂肪組織は循環エキソーム miRNA の重要な供給源であり、この循環エキソソーム miRNA は遠隔組織での遺伝子発現を調節することができることを示した。この報告は今まで報告されたことのないタイプのアディポカインと言える。

    骨転移

    脂質オステオクラストカインは乳がん骨転移を制御する

    原題:

    Lipid Osteoclastokines Regulate Breast Cancer Bone Metastasis

    著者:

    Krzeszinski JY, Schwaid AG, Cheng WY, Jin Z, Gallegos ZR, Saghatelian A, Wan Y.

    雑誌:

    Endocrinology, doi: 10.1210/en.2016-1570. [Epub ahead of print]

    POINT!

    がんの骨転移において、破骨細胞はがん細胞との悪循環を形成している。骨転移微小環境の形成に破骨細胞が重要な役割を担うことが明らかになっているにも関わらず、この微小環境形成に関するメカニズムには不明な点が残されていた。本論文で著者らは、破骨細胞分化前後の培養上清を用いたメタボローム解析によって、RANKL 刺激に伴いアラキドン酸 (AA) の分泌が上昇し、リゾホスファチジルコリン (LPC) の分泌が低下することを明らかにした。AA はがん骨転移促進性である一方、LPC は抑制性であり、この脂質性オステオクラストカインの変化は相乗的にがん細胞の増殖や遊走、生存、前転移性の遺伝子発現を促進することが示された。LPC と共に AA シグナルの阻害剤である BW-755C を投与することによって、マウスモデルにおける乳がん骨転移が抑制された。以上から、破骨細胞 - がん細胞間の悪循環に関わるメカニズムの新たなパラクライン作用が存在し、骨転移に対する新たな治療標的となりうることが示された。

    オステオレクチン

    Clec11a/ オステオレクチンは骨形成性増殖因子で成体骨格の維持を促進する

    原題:

    Clec11a/osteolectin is an osteogenic growth factor that promotes the maintenance of the adult skeleton

    著者:

    Yue R, Shen B, Morrison SJ.

    雑誌:

    eLife, 5: e18782 (2016)

    POINT!

    著者らが以前に報告した、骨髄細胞画分のマイクロアレイデータの再解析から、C 型レクチン様ドメイン含有タンパク質である Clec11a が、血管内皮細胞や非分画細胞と比較して Scf-GFP+CD45‒Ter119‒CD31‒のストローマ細胞 (90% 以上の細胞が LepR+) と、Col1a1-GFP+CD45‒Ter119‒CD31‒の骨芽細胞で有意に高く発現していることを発見した。免疫染色によって、骨髄ストローマ細胞や骨芽細胞に加え、骨細胞や肥大軟骨細胞も Clec11a を発現・分泌していることが示された。CRISPR-Cas9 法によって作製した Clec11a 欠損マウスは発生段階では正常で、造血系細胞は正常であったが、成獣では長管骨・椎骨ともに有意な骨量低下が観察された。Clec11a 欠損マウスでは、加齢に伴う骨量減少や骨強度低下、骨折治癒の遅延が促進されており、Clec11a 欠損マウス由来の骨髄ストローマ細胞は骨芽細胞分化能が低下しており、in vivo でも有意な骨形成の低下をみとめた。さらに、リコンビナント Clec11a はマウス由来だけでなくヒト由来の骨髄ストローマ細胞による骨形成も促進し、in vivo でも骨粗鬆症モデルマウスの骨量増加に加え、ヒト骨髄ストローマ細胞をマウスに移植した部位での骨形成促進効果を示した。すなわち、Clec11a は間葉系前駆細胞から成熟骨芽細胞への分化を促進することで骨を維持していることが明らかになった。ただし、Clec11a 受容体は同定されておらず、どのようなシグナルを介して骨形成に影響を及ぼすのかは不明である。これらの事実から、著者らはこの因子をオステオレクチンと名付けた。

    Dmp1-DTR

    Dmp1 プロモーター誘導性ジフテリア毒素受容体トランスジーンの発現は多臓器での予想外の効果につながる

    原題:

    Dmp1 Promoter-Driven Diphtheria Toxin Receptor Transgene Expression Directs Unforeseen Effects in Multiple Tissues

    著者:

    Al-Jazzar A, Javaheri B, Prideaux M, Boyde A, Scudamore CL, Cherifi C, Hay E, Hopkinson M, Boyd M, Cohen-Solal M, Farquharson C, Pitsillides AA.

    雑誌:

    Int. J. Mol. Sci. 2017, 18(1), 29; doi:10.3390/ijms18010029

    POINT!

    近年、ジフテリアトキシン (DT) 投与によって骨細胞欠失を誘導するために Dmp1 プロモーター誘導性 DT 受容体 (DTR) トランスジーンをもつマウスが用いられており、それらのマウスから得られた結果を基に骨細胞の機能が同定されてきた。著者らは Dmp1-DTR Tg マウスにおける DT の影響の選択性を確認したところ、DT 誘導性骨細胞欠失が不完全である一方、広範な DTR の異所性発現や、多臓器における組織病理学的な DT 誘導性の異常が顕著に観察された。Tg マウスの多くの非骨格組織で、DT シグナル伝達の指標となるEF-2 の脱リン酸化が促進されたことから、DT 作用の直接的なオフターゲット効果である可能性が示唆された。さらに、Dmp1-DTR Tg マウスは野生型マウスと比べ、DT 投与によって非常に早期に各種健康状態スコアが悪化することも観察された。以上のデータから骨細胞欠失モデルの代替法を開発することが必要であり、これらの Tg マウスのみを用いて行われた実験から得られた結果には注意が必要であると考えられる。

    口腔免疫

    咀嚼による機械的損傷は口腔粘膜において Th17 細胞を誘導する

    原題:

    On-going Mechanical Damage from Mastication Drives Homeostatic Th17 Responses at the Oral Barrier

    著者:

    Dutzan N, Abusleme L, Bridgeman H, Greenwell-Wild T, Zangerle-Murray T, Fife ME, Bouladoux N, Linley H, Brenchley L, Wemyss K, Calderon G, Hong BY, Break TJ, Bowdish DM, Lionakis MS, Jones SA, Trinchieri G, Diaz PI, Belkaid Y, Konkel JE, Moutsopoulos NM.

    雑誌:

    Immunity, 46: 133-147 (2017)

    POINT!

    外部環境と自己を隔離する腸管や皮膚において、部位特異的な細菌叢により誘導される免疫系がバリアの恒常性維持に重要な働きを持つことが知られている。口腔粘膜は細菌や食餌性抗原、咀嚼による機械的刺激など日常的に様々な刺激に曝されているユニークな臓器であり、そのバリア機構の仕組みは不明な点が多い。著者らは高齢マウスの口腔粘膜は若齢マウスと比較して、Th17 細胞が多く存在していることを見出した。高齢マウスの口腔に存在する Th17 細胞は、細菌よりもむしろ機械的刺激で誘導されることが示され、口腔粘膜は咀嚼による物理的な刺激に応答したユニークなバリア機構を形成していることが示唆された。

    間葉系幹細胞

    成獣の骨髄多能性間葉系幹細胞、ストローマ細胞における局地的に制限されたHoxの機能

    原題:

    Regionally Restricted Hox Function in Adult Bone Marrow Multipotent Mesenchymal Stem/Stromal Cells

    著者:

    Rux DR, Song JY, Swinehart IT, Pineault KM, Schlientz AJ, Trulik KG, Goldstein SA, Kozloff KM, Lucas D, Wellik DM.

    雑誌:

    Dev. Cell, 39: 653‒666 (2016)

    POINT!

    Hox 遺伝子は体肢領域の決定づけに重要であり、位置的に異なる Hox 遺伝子が発現し部位特異的な構造を決定することはよく知られている。しかしながら、骨格の形態やパターニングに Hox 遺伝子機能がどのように働いているかについては不明な点も残る。研究チームが Hoxa11-GFP レポーターで遺伝子発現をトラックすると、Hoxa11 は成体においても発現が持続していることがわかった。この Hoxa11-EGFP を発現している細胞は、in vivo では PDGFRα+CD51+LepR+ の細胞集団であり、骨折後の損傷部位で増殖していることを同定した。in vitro ではこの Hoxa11-EGFP を発現している細胞は骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞に分化できることを示し、間葉系幹細胞として機能することを示した。

    Th17 分化

    樹状細胞による IL-6 のトランスプレゼンテーションは病原性TH17の準備刺激に必要とされる

    原題:

    Trans-presentation of IL-6 by dendritic cells is required for the priming of pathogenic TH17 cells

    著者:

    Heink S, Yogev N, Garbers C, Herwerth M, Aly L, Gasperi C, Husterer V, Croxford AL, Möller-Hackbarth K,Bartsch HS, Sotlar K, Krebs S, Regen T, Blum H, Hemmer B, Misgeld T, Wunderlich TF, Hidalgo J, Oukka M,Rose-John S, Schmidt-Supprian M, Waisman A, Korn T.

    雑誌:

    Nat. Immunol., 18: 74-85 (2017)

    POINT!

    IL-6 は Th17 細胞の分化に重要であるが、病原性 Th17 細胞分化における主たる IL-6 産生細胞は不明である。著者らは Sirpα陽性樹状細胞が病原性 Th17 細胞の発生に重要であることを示した。Sirpα陽性樹状細胞が IL-6 受容体α鎖(IL-6Rα) を使って、IL-6 を T 細胞にトランスプレゼンテーションをすることを明らかにした。周囲に存在する IL-6 は T 細胞中の転写因子 Foxp3 の発現誘導を抑制するのに十分ではあるが、T 細胞中の IFN-γ発現の早期誘導と病原性 Th17 細胞の発生には樹状細胞の IL-6Rαによる T 細胞への IL-6 のトランスプレゼンテーションが必要であることを示した。これらの結果は Th17 細胞が介する自己免疫疾患の治療方法に新たな方向性を提示する。

    再生

    創傷治癒の時の筋繊維芽細胞からの脂肪細胞の再生

    原題:

    Regeneration of fat cells from myofibroblasts during wound healing

    著者:

    Plikus MV, Guerrero-Juarez CF, Ito M, Li YR, Dedhia PH, Zheng Y, Shao M, Gay DL, Ramos R, His TC, Oh JW, Wang X, Ramirez A, Konopelski SE, Elzein A, Wang A, Supapannachart RJ, Lee HL, Lim CH, Nace A, Guo A, Treffeisen E, Andl T, Ramirez RN, Murad R, Offermanns S, Metzger D, Chambon P, Widgerow AD, Tuan TL, Mortazavi A, Gupta RK, Hamilton BA, Millar SE, Seale P, Pear WS, Lazar MA, Cotsarelis G.

    雑誌:

    Science, doi: 10.1126/science.aai8792 (2017)

    POINT!

    1つの細胞系列のリプログラミングを介した他の細胞への再生というのは魚類や両生類においては報告があるが、哺乳類では観察されていない。今回、研究チームはマウスの創傷治癒の時に、既に分化を終えた筋線維芽細胞から脂肪細胞へと再生することを発見した。筋線維芽細胞のリプログラミングには毛胞が必要であり、毛胞細胞がBMPシグナルを引き起こすことで発生過程に発現する脂肪細胞の転写因子の活性化を引き起こすことを見出した。創傷筋線維芽細胞が系列の全く異なる脂肪細胞に分化できるというこの結果は、組織の創傷治癒において、瘢痕組織形成よりもむしろ筋線維芽細胞を脂肪細胞へと変換する経路を活性化することで創傷後の皮下脂肪組織再生を操作できる可能性を示した。

  • 造血幹細胞

    Dickkopf-1 は直接およびニッチを介したメカニズムで造血再生を促進する

    原題:

    Dickkopf-1 promotes hematopoietic regeneration via direct and niche-mediated mechanisms

    著者:

    Himburg HA, Doan