内皮TPI1のドーパミニル化は鉄分死の血管内分泌信号を抑制し、線維化よりも肺の再生を促進します

2024-08-13 Tue
TPI1ドーパミン修飾が血管内皮細胞のフェロトーシスシグナルを抑制し、肺の再生を促進して線維化を抑制する背景紹介肺の再生能力により、損傷後も元の機能組織を回復することができます。しかし、この再生プロセスが妨げられると、適応しない修復や線維化が発生することがあります。それにもかかわらず、肺線維化において、細胞間の異常なコミュニケーションがいかにして再生機能を犠牲にするかに関する研究はまだ限られています。血管内皮細胞（endothelial cells、略称ECs）は、系統循環と上皮細胞や間質細胞の間の繋がりとして、肺の成長過程で重要な代謝サポートと血流制御の役割を果たします。さらに、内皮細胞はパラークライン／血管分泌因子を提供し、隣接する上皮細胞や間質細胞と交流します。しかし、内皮細胞がいかにして系統的シグナルを統合して迅速に再生促進の血管分泌プログラムを立ち上げて肺再生を誘発するのか、まだ不明です。
研究目的この研究では、ドーパミンという神経伝達物質が内皮細胞の酵素トリオースリン酸イソメラーゼ1（Triosephosphate isomerase1、略称TPI1）を修飾することでフェロトーシスを抑制し、肺再生を促進することを明らかにしました。この研究は、内皮細胞においてTPI1のドーパミン修飾がどのようにグルコース代謝経路を向上させてこの機能を実現するかについて探求しました。
論文出典この研究はChunheng Mo、Hui Li、Mengli Yanらによって行われ、主要著者は四川大学（Sichuan University）の複数の実験室と哈尔滨医科大学（Harbin Medical University）に所属しています。論文は2024年8月6日に『Cell Metabolism』誌に発表されました。
研究詳細作業プロセス単一細胞RNAシーケンス分析とウェスタンブロット検証： 研究はまず、左肺切除術（Pneumonectomy、PNX）のマウスモデルを用いて、単一細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）を通じてTGM2が肺内皮細胞で選択的に上昇することを発見しました。その後、ウェスタンブロットでPNX後の肺内皮細胞におけるTGM2タンパク質の上昇を確認しました。
内皮細胞特異的TGM2ノックアウト： TGM2フロックスタイプマウスと特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスを交配させることで、研究者たちは内皮細胞特異的TGM2ノックアウトマウス（TGM2iDEC/iDEC）を構築し、肺機能、体重、肺容量がPNX後に損なわれることを発見しました。さらに、免疫染色とフローサイトメトリー分析で、そのようなマウスにおける内皮細胞と2型肺胞上皮祖細胞（AEC2）の増殖が阻害され、内皮細胞の死が増加しました。
ゲノムおよびプロテオミクス分析： ノックアウト群とコントロール群の内皮細胞トランスクリプトームを比較することで、TGM2ノックアウトマウスにおいてフェロトーシス関連経路が顕著に豊富であることを発見しました。さらに、TGM2依存のモノアミン修飾が肺再生の調節において重要であることがノックアウトマウスの実験で証明されました。
化学プロテオミクス分析： 合成クリック可能なドーパミンプローブを使用して、クリックケミストリー反応および質量分析と組み合わせることで、内皮細胞中のドーパミン修飾ターゲットタンパク質を同定し、TPI1が主要なドーパミン修飾タンパク質であることを発見しました。
TPI1ドーパミン修飾の機能検証： ヒト臍静脈内皮細胞（HUVECs）およびノックアウトマウスの実験を通じて、TPI1ドーパミン修飾がフェロトーシス抑制作用を持つことを確認しました。
主な結果TGM2依存のモノアミン修飾の肺再生への影響： 研究は、TGM2欠失マウスにおいて、フェロトーシス抑制タンパク質FSP1の発現を回復することにより、内皮細胞中のフェロトーシスが逆転され、肺再生が強化されることを発見しました。
TPI1ドーパミン修飾メカニズム： 実験結果は、ドーパミンがTGM2酵素の作用によってTPI1の65番目のグルタミン（Q65）残基をドーパミン修飾し、TPI1の機能をエーテルリン脂質合成からグルコース代謝にシフトさせ、脂質過酸化を減少させ、フェロトーシスを抑制することを示しました。
TPI1ドーパミン修飾が肺再生を促進： マウスモデルでは、内皮細胞中のTPI1ドーパミン修飾の表現を修復することで、肺機能の回復が著しく改善され、線維化組織の拡大が減少しました。
フェロトーシス相互作用ネットワークの解明： 集合分子動力学シミュレーションを用いて、研究はTPI1のQ65ドーパミン修飾が基質DHAPとの接触をどのように強化し、その触媒活動をGAPへの定向転換に導くかを明らかにし、グルコース代謝を増強し、脂質過酸化を減少させました。
重要な結論科学的価値： 本研究は、ドーパミン修飾が肺再生において重要な役割を果たすことを明らかにし、内皮細胞がいかに系統的シグナルを統合して器官再生を促進するかの理解を豊かにしました。この発見は、肺機能回復における血管内皮細胞の調節メカニズムの理解を深めます。
応用価値： TPI1のドーパミン修飾を修復することで、損傷した肺における線維化の進行を防ぐことができ、肺線維化疾患の新しい治療の可能性を提供します。この戦略は、糖代謝を向上し、脂質過酸化を抑制することで、新たなターゲットと治療法を提供します。
研究のハイライトTGM2依存のドーパミン修飾経路の発見： 本研究は、TGM2が肺内皮細胞中のドーパミン修飾に果たす重要な役割を初めて明らかにし、この修飾がTPI1の活性を制御することで肺再生を促進する方法を示しました。
多次元化学プロテオミクスの応用： 独創的な化学プロテオミクス戦略を通じて、TPI1がドーパミン修飾の主要なターゲットであることを見つけ、タンパク質修飾機構を探る上でのこの実験方法の可能性を示しました。
Q65ドーパミン修飾の触媒メカニズム解析： 分子動力学シミュレーションを通じて、研究チームは、Q65ドーパミン修飾がTPI1の構造をどのように変えてその触媒活動を強化するかを詳細に分析しました。
その他の有益な情報将来の研究方向： 本研究は、将来的にドーパミン修飾が肺再生において具体的にどのようにシグナルを伝達するか、および他の器官での潜在的な役割をさらに探求することができることを提案します。
治療の可能性： 研究は、合成のドーパミンプローブPro-DAを注入することで、TPI1のドーパミン修飾レベルを効果的に向上できることを示し、臨床治療におけるこの方法の可能性を示しています。
結論ドーパミン修飾が肺再生における鍵となる役割を明らかにすることによって、本研究は肺線維化の理解と治療に対して新たな視点と潜在的な治療ターゲットを提供しました。研究チームの多層的な分析と実験戦略は、詳細な分子メカニズムを提供し、今後の研究と臨床応用のための堅固な基盤を築きました。