細胞の液漏れがどのように私たちを病気にさせるのかを科学者が明らかに

この新たな発見は、ミトコンドリアとして知られる細胞電池から遺伝物質がどのようにして漏出し、身体に有害な免疫反応の開始を促すのかを明らかにした。 このプロセスを標的とした治療法を開発することで、医師たちはいつか有害な炎症を止め、私たちの体に与える被害を防ぐことができるかもしれません。

「ミトコンドリアが遺伝物質を正しく複製しない場合、ミトコンドリアはそれを排除しようとします。しかし、これが頻繁に起こり、細胞がすべてを処理できない場合、炎症を引き起こす可能性があり、炎症が多すぎると、自己免疫疾患や慢性疾患を含む疾患です」とバージニア大学医学部の研究者ローラ・E・ニューマン博士は述べた。 「この炎症がどのように始まるのかを理解し始めているので、炎症を抑えて病気を治療するという最終目標を達成して、このプロセスを防ぐことができるかもしれません。」

炎症を促進する

ミトコンドリアは、細胞の動作指示として機能する DNA とは別に、独自の遺伝物質のセットを持っています。 科学者たちは、mtDNA として知られるこのミトコンドリア DNA が細胞内に侵入し、炎症を引き起こす可能性があることを知っています。 しかし、正確に何が原因でそうなったのかは今まで謎だった。

「mtDNAがミトコンドリアから脱出していることはわかっていたが、どのようにしてミトコンドリアから脱出しているのかはまだ不明だった」とソーク研究所の老化基礎生物学サンディエゴ・ネイサン・ショック・センター・オブ・エクセレンス所長のジェラルド・シェデル博士は語る。 「イメージングと細胞生物学のアプローチを使用することで、ミトコンドリアからmtDNAを移動させる経路の段階を追跡することができ、これを治療的介入で標的にして、結果として生じる炎症を防ぐことができればと考えています。」

シェーデル氏と、当時シェーデル氏の研究室の博士研究員だったニューマン氏、および彼らの共同研究者らは、洗練されたイメージング技術を使用して、漏れやすいミトコンドリアの内部で何が起こっているのかを解明した。 彼らは、漏洩はmtDNA複製の機能不全によって引き起こされたことを発見した。 これにより、核様体を引き起こすタンパク質塊の蓄積が引き起こされました。

この問題を解決しようと、欠陥のあるミトコンドリアを含む細胞は、過剰な核様体を細胞のゴミ箱に排出し始めます。 しかし、エンドソームと呼ばれるゴミ箱は、大量の破片によって圧倒されてしまう可能性があることを科学者らは発見した。 これらの過重なエンドソームは、細胞内に mtDNA を放出することで応答します。つまり、ゴミ箱があふれます。

「mtDNAがミトコンドリアを出た後、謎の膜構造の中にあることを発見したとき、私たちは大きな進歩を遂げました。すべてのパズルのピースを組み立てた後、その構造がエンドソームであることがわかりました」とニューマン氏は語った。 「この発見により、最終的には mtDNA が廃棄され、その過程で一部が流出しているという認識に至りました。」

この細胞は、ウイルスのように核様体を外来 DNA としてフラグを立てることによってこの有害な廃棄物の流出に反応し、有害な炎症を引き起こす免疫反応を開始すると科学者らは判断した。

「ミトコンドリアの動態と mtDNA 放出を調査するための最先端のイメージング ツールを使用することで、私たちは mtDNA の全く新しい放出メカニズムを発見しました」と研究者で、ソーク大学のウェイト先端バイオフォトニクス コアの元所長で現在は助教授であるウリ マナー博士は述べています。カリフォルニア大学サンディエゴ校。 「細胞小器官間の他の相互作用がどのように自然免疫経路を制御するか、さまざまな細胞タイプがどのようにmtDNAを放出するか、病気や老化時の炎症を軽減するためにこの新しい経路をどのように標的にできるかなど、私たちが尋ねるのが待ちきれないほどのフォローアップの質問があります。」

ニューマン氏は、UVA 医学部の細胞生物学部門での新しい役割において、これらの答えを探し続けます。 「私たちは、このプロセスが活性化される可能性がある生理学的および疾患の状況を理解したいと考えています」と彼女は述べた。 「たとえば、多くのウイルスは感染中にミトコンドリアを攻撃します。そのため、ミトコンドリアが意図的にこの経路を利用してウイルスの侵入に対して警報を発するかどうか、そして感染を撃退するためにこの経路に過度に依存することが後に慢性疾患を引き起こす可能性があるかどうかをテストする予定です。」

調査結果の公表

研究者らは研究結果を科学雑誌に発表した 自然の細胞生物学。 研究チームは、Newman、Sammy Weiser Novak、Gladys R. Rojas、Nimesha Tadepalle、Cara R. Schiavon、Danielle A. Grotjahn、Christina G. Towers、Marie-Eve Tremblay、Matthew P. Donnelly、Sagnika Ghosh、Michaela Medina、で構成されていました。シエナ・ロシャ、リカルド・ロドリゲス＝エンリケス、ジョシュア・A・チェベス、イアン・ルメルサル、マナー、シェデル。

この研究は国立衛生研究所の助成金 R01 AR069876、P30AG068635、1K99GM141482、1F32GM137580、T32GM007198、5R00CA245187 および 5R00CA245187-04S1 によって支援されました。 脳の健康と認知障害におけるアレン-AHAイニシアチブ賞、19PABH134610000H。 米国科学財団ニューロネックス賞、2014862; チャン・ザッカーバーグ・イニシアティブ画像科学者賞を受賞。 LIFE財団。 ジョージ・E・ヒューイット医学研究財団博士研究員フェローシップ。 ポール・F・グレン医学研究財団博士研究員フェローシップ。 ソーク・パイオニア基金博士研究員賞。 ウェイト財団。 イェール大学医学部細胞分子イメージングセンター。 老化と認知の神経生物学におけるカナダ研究委員長（Tier 2）。 およびカナダ イノベーション財団ジョン R. エバンス リーダー基金、助成金 39965。