霊長類特異的内在性レトロウイルスエンベロープタンパク質がSFRP2を隔離しヒト心筋細胞の発達を調節する

2024-11-12 Tue
内在性レトロウイルス心筋細胞 SFRP2 Wnt/β-カテニンシグナル伝達経路胚発生
霊長類特異的内因性レトロウイルス包膜タンパク質がSFRP2を抑制することによって人間の心筋細胞の発育を制御する方法研究背景と意義内因性レトロウイルス（Endogenous Retroviruses, ERVs）は、古代のウイルスが宿主のゲノムに感染して生殖細胞系に組み込まれた後、進化の過程で現代人類のゲノムに遺伝された残留配列です。これらのERVsは人類のゲノムの5%-8%を占めており、大部分のERV遺伝子は変異により完全なタンパク質をコードする能力を失っていますが、初期の胚発生において調整機能を果たす非コードERVも存在します。さらに、ERVはエンハンサーまたはプロモーターとして近隣遺伝子の発現を調節し、生体の様々な生理機能に関与することができます。研究によれば、ERV由来のタンパク質は初期胚外胚葉発生において重要な役割を果たしていますが、ERVが体細胞発生に関与しているかどうかはまだ不明です。本研究では、霊長類特異的ERVH48-1（Suppressyn）の体細胞発育機能を探り、初期胚発生における中胚葉と心筋細胞分化の調整メカニズムを研究し、人体発育におけるERVの役割を理解するための新しい視点を提供しました。
研究の出所本研究は、広州医科大学、香港科学院、マカオ大学などの複数の機関の研究チームによって共同で完成されました。論文は2024年9月5日に《Cell Stem Cell》誌に発表され、第一著者はRan Zhangで、通信著者にはXiaofei Zhang、Dajiang Qinが含まれています。
研究の流れ実験設計と流れの概要本研究ではヒト多能性幹細胞（hPSCs）をモデルに、ERVH48-1遺伝子をノックアウトすることで胚発生における役割を探ります。研究の流れは以下のステップを含みます：
胚の異なる発育段階におけるERVH48-1の発現：単一細胞RNAシーケンシングと免疫蛍光技術を使用して、研究チームはERVH48-1が中胚葉および内胚葉の発育過程で特に心筋細胞分化の初期段階で高い発現を示していることを発見しました。
ERVH48-1のノックアウトの影響：CRISPR-Cas9技術を用いてERVH48-1をノックアウトし、この遺伝子のノックアウトがhPSCsの中胚葉と心筋細胞分化を抑制し、細胞運命が外胚葉様細胞に偏ることを発見しました。
ERVH48-1の信号ペプチド機能研究：ERVH48-1の信号ペプチド欠失変異体を構築することで、研究チームはERVH48-1のN末端信号ペプチドが細胞膜への定位および機能発揮において重要であることを発見しました。
ERVH48-1とSFRP2の相互作用：ERVH48-1はSFRP2（分泌型フリズルド関連タンパク質2）と結合し、その多重ユビキチン化を促進して分解を加速することで、心筋細胞の分化を制御するWnt/β-カテニン信号経路に対するSFRP2の抑制を遮断します。
信号ペプチド代替実験：ERVH48-1の役割をさらに検証するために、ERVH48-1信号ペプチドを持つSFRP2のキメラ体を構築し、このキメラ体がERVH48-1ノックアウト細胞でWnt/β-カテニン信号と心筋細胞の分化を回復することを発見しました。
データ分析と手法研究過程では多くのデータ分析方法が使用され、単一細胞RNAシーケンシング、蛍光活性化細胞選別（FACS）、免疫蛍光、共免疫沈降（Co-IP）、タンパク質解析などが含まれます。これらのデータは、ERVH48-1がSFRP2の分解を調節することを通じて、Wnt信号経路の役割を調節することを裏付けています。データの統計分析には、一元配置分散分析（ANOVA）とSidak補正が使用され、結果の有意性を保証しています。
研究結果ERVH48-1が心筋細胞運命に与える影響：ERVH48-1をノックアウトするとhPSCsの心筋細胞への分化が著しく抑制され、野生型細胞では通常の心筋細胞発育過程が観察されました。免疫蛍光と遺伝子発現分析は、ERVH48-1のノックアウトが心筋特異的マーカー遺伝子（例えばTNNT2）の表現を低下させ、心筋細胞の拍動も抑制されることを示しています。
ERVH48-1がSFRP2を通じてWnt信号を調節：ERVH48-1はSFRP2と結合し、その分解を促進してSFRP2の分泌を減少させ、Wnt/β-カテニン信号に対する抑制を解除します。実験結果は、ERVH48-1の欠失が細胞内β-カテニンレベルを低下させ、最終的に心筋細胞の分化に影響を与えることを示しています。
信号ペプチドの役割：ERVH48-1の信号ペプチドは膜構造への定位と機能発揮において重要です。ERVH48-1の信号ペプチドを削除すると、SFRP2の分解作用を失い、Wnt信号経路を有効に活性化できなくなり、心筋細胞の分化が阻害されます。
キメラ体実験の成功：ERVH48-1の信号ペプチドとSFRP2を融合生成したキメラ体は、ERVH48-1ノックアウト細胞の心筋分化機能を部分的に回復し、ERVH48-1の機能がSFRP2を調節することによって実現されることをさらに証明しました。
研究の結論と意義本研究は、霊長類特有の胚体細胞発育におけるERVH48-1の重要な役割、特に中胚葉と心筋細胞分化過程の重要な調整役割を明らかにしました。ERVH48-1はSFRP2の活性を抑制し、Wnt/β-カテニン信号経路を活性化してhPSCsの心筋細胞への分化を促進します。この研究は、ERVが体細胞発育における潜在的な役割を明らかにしただけでなく、ERV機能の多様性に関する理解を拡げました。
研究のハイライト体細胞発育におけるERV機能：従来の研究は主に胚外発育と免疫システムへの影響に集中していましたが、本研究は初めてERVH48-1が体細胞発育において重要な調整役割を果たすことを明らかにしました。
ERVH48-1とSFRP2の相互作用：研究は、ERVH48-1がSFRP2の分解を調整することを通じてWnt信号経路に影響を与えることを発見し、タンパク質相互作用によって細胞運命を調整するERVの仕組みを理解するための新しい思考を提供しました。
潜在的な応用の見通し：ERVH48-1の心筋細胞分化に対する調整作用は、将来の再生医療における潜在的なターゲットを提供し、心臓病の幹細胞治療において役割を果たすことが期待されます。
まとめ本研究は、ERVH48-1が心筋細胞発育において新たな機能を持つことを明らかにし、ERVが体細胞発育において潜在的な役割を果たすことを強調しました。ERVH48-1はSFRP2の分解を調整することを通じて、Wnt/β-カテニン信号経路を活性化し、心筋細胞の分化過程を調節します。この発見は、将来のERVが発育生物学、ゲノミクス、および再生医療における応用に対する新しい思路を提供します。