単細胞解析による老齢マウスと若齢マウスの前立腺の変化の解明

2025-01-02 Thu
単細胞解析により高齢マウスと若齢マウスの前立腺の変化を明らかにする学術的背景前立腺は男性生殖系の重要な器官であり、加齢に伴い前立腺は肥大化し、尿道の圧迫を引き起こす可能性があります。これにより排尿障害や関連症状が生じ、前立腺癌のリスクも増加します。前立腺の老化は重要なテーマであるにもかかわらず、その分子メカニズムはまだ完全には解明されていません。単細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）技術は、細胞の異質性や老化過程における遺伝子発現の微妙な変化を解明するための強力なツールです。前立腺に関する単細胞研究は数多く行われていますが、これらの研究はマウスの前立腺老化を系統的かつ深く特徴付けるために適用されていません。疾患のないヒトの前立腺組織を入手することは困難であるため、遺伝的および生理学的にヒトと類似したマウスは、老化メカニズムを研究するための代替モデルとして利用されています。
論文の出典この研究は、華中科技大学同済医学院附属同済病院のYang Li、Yuhong Dingらによって行われ、2024年に『Biomarker Research』誌に掲載されました。研究では、単細胞RNAシーケンス技術を用いて、マウス前立腺の細胞景観を包括的に描き出し、特定の細胞タイプが老化過程でどのように変化するかを探求しました。
研究の流れ1. 動物と組織の分離研究では、2ヶ月齢（若齢）と24ヶ月齢（高齢）のC57BL/6J雄マウスを使用し、前立腺組織を分離し、前葉（AP）と腹/背/側葉（VLP）に分類しました。
2. 細胞の解離前立腺組織を細かく切り刻み、組織保存バッファーを含む遠心管に移し、酵素処理と濾過を行った後、細胞をPBSに再懸濁しました。
3. 単細胞RNAシーケンスライブラリーの調製とシーケンス細胞をマイクロ流体チップにロードし、細胞バーコードを含む液滴を生成し、その後cDNAを増幅してライブラリーを構築し、最終的にIllumina NovaSeq 6000システムでシーケンスを行いました。
4. データ処理と品質管理Mobivision v3.0を使用して生データを定量化し、Seuratソフトウェアで品質管理を行い、低品質の細胞を除去し、Harmonyを使用してバッチ効果を除去しました。
5. 細胞タイプの識別と発現差解析UMAPアルゴリズムを使用して教師なしクラスタリングを行い、9つの主要な細胞タイプを識別し、発現差解析を通じて加齢に関連する遺伝子発現の変化を特定しました。
6. 機能エンリッチメント解析と細胞間コミュニケーション解析発現差遺伝子に対してGOエンリッチメント解析を行い、CellChatを使用して細胞間の相互作用を明らかにしました。
7. ウェスタンブロットと免疫蛍光染色ウェスタンブロットと免疫蛍光染色により、一部の遺伝子の発現変化を検証しました。
主な結果1. 単細胞トランスクリプトームプロファイルの構築研究では68,214個の細胞を分析し、9つの主要な細胞タイプを識別しました。これには腔上皮細胞、基底細胞、間質細胞、内皮細胞、リンパ内皮細胞、骨髄系細胞、T細胞、B細胞、および形質細胞が含まれます。高齢マウスでは間質細胞と免疫細胞の割合が顕著に増加しました。
2. 老化誘導の分子変化研究では、高齢マウスの前立腺細胞において、細胞老化、酸化ストレス、再生に関連する遺伝子と経路に顕著な変化が生じていることが明らかになりました。基底細胞は上皮-間質転換（EMT）を介して間質細胞に変化する可能性があり、特に高齢マウスで顕著でした。
3. 上皮細胞の転写分類研究では、上皮細胞を5つの腔上皮細胞サブグループ、2つの基底細胞サブグループ、および1つの増殖細胞サブグループに分類しました。高齢マウスでは基底細胞サブグループの割合が増加し、増殖細胞の割合が減少しました。
4. 間質細胞の転写分類研究では、間質細胞を6つの線維芽細胞サブグループ、2つの平滑筋細胞サブグループ、および1つの周皮細胞サブグループに分類しました。高齢マウスでは特定の線維芽細胞サブグループの割合が顕著に増加しました。
5. 基底細胞がEMTを介して間質細胞に変化研究では、基底細胞がEMTを介して間質細胞に変化する可能性があり、特に高齢マウスでこのプロセスが重要であることが明らかになりました。このプロセスは前立腺の老化と疾患の発展において重要な役割を果たす可能性があります。
6. 免疫細胞の変化高齢マウスでは骨髄系細胞、T/B細胞、および形質細胞の割合が増加し、特にマクロファージとT細胞はより強い炎症反応を示しました。
結論この研究では、単細胞RNAシーケンス技術を用いて、高齢マウスと若齢マウスの前立腺のトランスクリプトームを比較し、細胞および分子レベルでの変化を明らかにしました。研究では、高齢マウスの前立腺において間質細胞と免疫細胞の割合が顕著に増加し、基底細胞がEMTを介して間質細胞に変化する可能性があり、免疫細胞はより強い炎症反応を示すことが明らかになりました。これらの発見は、前立腺老化の分子メカニズムを理解するための新たな知見を提供し、加齢関連の前立腺疾患に対する治療戦略の開発の基盤となるものです。
研究のハイライト単細胞解像度：研究では、単細胞レベルでマウス前立腺の老化過程における細胞および分子の変化を初めて明らかにしました。
EMTメカニズム：研究では、基底細胞がEMTを介して間質細胞に変化する可能性があり、このメカニズムが前立腺の老化と疾患の発展において重要な役割を果たすことが示されました。
免疫細胞の役割：高齢マウスでは免疫細胞の割合が増加し、特にマクロファージとT細胞はより強い炎症反応を示し、免疫系が前立腺老化において重要な役割を果たすことが示唆されました。
研究の価値この研究は、前立腺老化の分子メカニズムを理解するだけでなく、加齢関連の前立腺疾患の潜在的なバイオマーカーを特定し、治療戦略を開発するための貴重な基盤を提供します。前立腺老化における異なる細胞タイプの異質性を明らかにすることで、今後の機能研究と治療開発の新たな方向性を示しています。
その他の価値ある情報研究では、高齢マウスの前立腺で普遍的にアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションされるいくつかの遺伝子（例：Ly6aやSPINK1）も特定されました。これらの遺伝子は前立腺の老化と疾患の発展において重要な役割を果たす可能性があります。さらに、研究では間質細胞が前立腺老化において独特の役割を果たすことが明らかになり、特に特定の線維芽細胞サブグループが免疫応答と密接に関連していることが示されました。