新たなタンパク質によるミトコンドリア機能の調節と造血幹細胞の生存維持：Nynrinの役割
Nynrinはミトコンドリア透過性遷移孔の開口を抑制し、造血幹細胞の機能を保護する
背景と研究の動機
造血幹細胞（HSCs）は造血系の機能を維持する中心的な細胞であり、特に放射線損傷などのストレス環境に対して独特の適応能力を示します。しかし、一般的な放射線治療（RT）は、子宮頸がんや直腸がんなどの病気の治療に広く用いられる一方で、その骨髄内のHSCsに対する放射線損傷は、骨髄不全や血球減少などの深刻な造血毒性を引き起こす可能性があります。多くの研究は、RTがHSCの恒常性を著しく低下させ、その長期間の増殖および自己更新能力に影響を与えることを示しています。近年、ミトコンドリアがHSCの恒常性調整の鍵と認識されていますが、その具体的な分子メカニズムはまだ明確ではありません。Zhouらはこの研究で、Nynrinという転写因子に焦点を当て、HSCの恒常性とストレス状態での役割を探求し、ミトコンドリア機能を調整し、透過性遷移孔（MPTP）の開口を抑制することで、HSCの保護機能を発揮することを明らかにしました。
研究の出所
この研究はChengfang Zhou、Mei Kuangらによって行われ、参加機関には重慶医科大学、第三軍医大学（陸軍軍医大学）などが含まれます。論文は2024年9月5日に『Cell Stem Cell』に掲載されました。
研究の流れ
本研究は主にNynrin遺伝子のノックアウトおよび過剰発現マウスモデルを構築し、細胞実験、遺伝子発現分析および関連分子メカニズムの研究を組み合わせて、Nynrinが造血幹細胞に及ぼす影響を体系的に分析しました。主要な実験手順は以下の通りです：
Nynrin遺伝子ノックアウトと過剰発現モデルの構築
Nynrinノックアウトモデル（Nynrin-cko）および過剰発現モデル（Nynrin-tg）を通じて、この遺伝子が正常および放射性ストレス環境下でHSCに及ぼす影響を研究しました。また、条件性ノックアウトモデル（Nynrin^fl/flTie2-Cre）を開発し、血液系に特異的にNynrinをノックアウトしました。放射性ストレス実験
造血幹細胞および前駆細胞（HSPCs）において、0.5から4Gyの線量で放射線処理を行い、放射線がHSCに与える直接的な影響を調査し、ミトコンドリア膜電位（MMP）、活性酸素（ROS）レベルおよびMPTP開口などの指標の変化を分析しました。遺伝子発現およびタンパク質検出
単一細胞RNAシーケンス、RNAシーケンス、免疫沈降などの技術を利用して、HSCにおけるNynrin発現の分布およびMPTP調整における役割を分析しました。さらに、ppif遺伝子との関係も評価され、Nynrinがppif（Cyclophilin Dをコードする遺伝子）の発現を抑制することによりHSCの機能を維持することを発見しました。競争的骨髄移植（CBMT）と長期移植実験
HSCの再生および自己更新能力に対するNynrinの影響を評価するために、研究は複数回の移植実験を行い、Nynrinノックアウトと過剰発現がHSCの増殖、生存および骨髄再建効率に及ぼす影響を観察しました。干渉と薬理実験
Cyclosporin A（CSA）およびN-アセチル-L-システイン（NAC）との併用により、外因性にMPTP開口およびROSレベルを抑制して、NynrinノックアウトマウスのHSC機能の回復効果を研究しました。
主な研究結果
HSCにおけるNynrinの高発現
実験により、恒常性およびストレス条件下で、NynrinはHSCで顕著に高く発現することが明らかになりました。Nynrin遺伝子をノックアウトすると、HSCの頻度が低下し、増殖が増加し、自己更新能力が損なわれることが示され、NynrinがHSC恒常性において重要であることが分かりました。NynrinはMPTP開口を抑制し、ROSレベルを制御する
Nynrin遺伝子をノックアウトすることは、ミトコンドリア透過性遷移孔（MPTP）の過剰開口、ROSレベルの上昇、ミトコンドリア膜電位の低下を引き起こし、それにより細胞壊死およびアポトーシス様の表現型を引き起こします。NynrinはMPTP要素であるCyclophilin Dの発現を抑制することにより、放射線損傷の重症度を著しく低下させました。Nynrinノックアウトは放射感受性を著しく増加させる
Nynrinノックアウトマウスは、7Gyの放射線全身照射を受けた後に生存時間が顕著に短縮し、HSCの増殖速度が遅くなり、細胞アポトーシスの特徴を示しました。対照的に、Nynrin過剰発現は、HSCの放射線耐性を著しく向上させ、細胞の生存を維持しました。NynrinがHSCの増殖と自己更新に与える影響
Nynrinの欠失したHSCは、in vitro培養で低い増殖活性を示し、複数回の骨髄移植実験で植え付け成功率が徐々に低下することを示しました。さらに、ppif遺伝子の半量欠失（ppif+/−）は、NynrinノックアウトHSCの機能を顕著に回復しました。
研究の結論と価値
本研究は、NynrinがHSCの恒常性と放射線損傷応答において重要な役割を果たしていることを明らかにしました。Nynrinはppifの発現を抑制することによりMPTPの開口を抑制し、ROSの過剰蓄積からHSCを保護することで、細胞の生存と機能を保ちました。研究はまた、Nynrinの過剰発現が放射線治療中のHSCの生存能力を向上させるための潜在的な放射線保護戦略として役立つ可能性があることを示しています。さらに、本研究は急性骨髄性白血病（AML）においてNynrinが増加していることを発見し、腫瘍幹細胞においても同様の保護機能を果たしている可能性を示唆しています。
研究のハイライト
HSCミトコンドリア恒常性におけるNynrinのコア調整役割を示す
複数の実験モデルを構築することにより、研究はNynrinがHSCにおいてMPTP開口を抑制し、ROSレベルを制御することで、放射線および酸化ストレスに対抗し、細胞の機能を維持していることを示しました。放射線治療におけるNynrinの応用可能性を発見
Nynrin遺伝子の過剰発現により、HSCの放射線耐性が著しく向上し、癌放射線治療中にHSCを保護するための新たなアプローチを提供しました。ppif遺伝子半量欠失の補償的役割
Nynrin欠失マウスにおいて、ppif遺伝子の半量欠失または外因薬物介入により、HSCの一部機能を回復させたことは、将来のNynrin関連保護療法の開発を支持するものです。
追加情報と未来の展望
本研究はNynrinがHSCに与える影響に関する多くの証拠を提供しますが、いくつかの制限も存在します。まず、研究は主にマウスモデルに基づいているため、将来的には人間のサンプルでその適用性をさらに検証する必要があります。次に、Nynrinが正常なHSC保護およびAML細胞増殖における二重の役割を果たしていることは、治療応用における潜在的な課題を示しています。治療中にその癌促進機能を選択的に抑制しつつ保護作用を保持する方法が、今後の研究の焦点となるでしょう。