組織内記憶CD8 T細胞の多様性の時空間的インプリンティング

2025-01-26 Sun
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組織常在メモリーCD8 T細胞の多様性における時空間的インプリント背景紹介組織常在メモリーCD8 T細胞（Tissue-resident memory CD8 T cells, TRM細胞）は、腸管などのバリア部位で長期的な免疫保護を提供します。しかし、TRM細胞の異質性とその形成メカニズムは完全には解明されていません。これまでの研究では、小腸のTRM細胞が少なくとも2つのサブポピュレーションに分かれることが明らかになっています：一つはエフェクター分子の発現が高く、もう一つは記憶能が強いものです。この異質性の起源は不明でした。本研究は、異なる組織微小環境がTRM細胞の表現型異質性をどのように駆動するかを探り、腸管における時空間的分布の法則を明らかにすることを目的としています。
論文の出所本論文は、Miguel Reina-Campos、Alexander Monellらが率いるUniversity of California, San Diego、La Jolla Institute for Immunologyなどの研究チームによって共同で行われ、2024年にNature誌に掲載されました。研究では、空間トランスクリプトミクス、マウスモデル、および新しい光学エンコード遺伝子摂動技術を組み合わせ、TRM細胞の小腸における時空間的分布とその機能状態の制御メカニズムを明らかにしました。
研究の流れと結果1. 空間トランスクリプトミクス技術の応用研究チームはまず、空間トランスクリプトミクス技術（Spatial Transcriptomics）を用いて、マウスの小腸を高解像度で解析しました。350の遺伝子を含む検出パネルを設計し、小腸の異なる解剖学的領域（例えば絨毛の頂部と底部）でTRM細胞の遺伝子発現プロファイルを捕捉しました。実験対象はリンパ球性脈絡髄膜炎ウイルス（LCMV）に感染したマウスで、研究者は異なる時間点（感染後6日、8日、30日、90日）で小腸サンプルを採取しました。
実験結果：TRM細胞の時空間的分布：研究では、TRM細胞の小腸内分布が明確な地域化を示すことが明らかになりました。感染初期（6日と8日）には、TRM細胞は主に絨毛底部と筋層に集まっていましたが、感染後期（30日と90日）には、TRM細胞は2つの空間的に分離した集団に分化しました：一つは絨毛頂部に位置し、エフェクター分子（GZMA、GZMBなど）を高発現し、もう一つは絨毛底部に位置し、記憶能に関連する遺伝子（TCF7、SLAMF6など）を発現していました。
遺伝子発現の時空間的インプリント：TRM細胞の遺伝子発現を分析した結果、46％の遺伝子発現が絨毛-陰窩軸（crypt-villus axis）に沿って変化し、40％の遺伝子発現が上皮距離軸（epithelial axis）に沿って変化することがわかりました。これは、TRM細胞の機能状態が小腸内の位置と密接に関連していることを示しています。
2. 細胞間相互作用とシグナル勾配TRM細胞の異質性のメカニズムをさらに探るため、研究チームはTRM細胞と周囲の細胞との相互作用およびサイトカイン勾配の分布を分析しました。
実験結果：細胞間相互作用：研究では、絨毛頂部に位置するTRM細胞が主に上皮細胞や免疫細胞（例えば粘膜関連不変T細胞やナチュラルキラー細胞）と相互作用するのに対し、絨毛底部に位置するTRM細胞はB細胞、CD4 T細胞、線維芽細胞とより多く接触することが明らかになりました。
サイトカイン勾配：研究では、TGFβ、IL-7、IL-15などの複数のサイトカインが小腸内で勾配状に分布していることが明らかになりました。例えば、TGFβシグナルは絨毛頂部でより活性化されており、CXCL9およびCXCL10シグナルは感染後に主に筋層底部の線維芽細胞で発現していました。
3. TGFβおよびCXCR3シグナルの役割研究チームは、遺伝子ノックアウト実験を通じて、TGFβおよびCXCR3シグナルがTRM細胞の位置決めと分化において重要な役割を果たすことを検証しました。
実験結果：TGFβシグナルの役割：TGFβ受容体II（TGFβRII）をノックアウトすると、TRM細胞は絨毛底部に多く集まり、そのコアTRM細胞マーカー（CD103など）の発現が著しく低下しました。これは、TGFβシグナルがTRM細胞の絨毛頂部での位置決めと機能維持に不可欠であることを示しています。
CXCR3シグナルの役割：CRISPR-Cas9技術を用いてCXCR3遺伝子をノックアウトした結果、CXCR3を欠損したTRM細胞は絨毛頂部に多く集まり、そのエフェクター分子（GZMAなど）の発現が増加することがわかりました。これは、CXCR3シグナルがTRM細胞の位置決めと機能状態の調節に重要な役割を果たしていることを示しています。
4. ヒト小腸におけるTRM細胞の研究マウス研究結果の普遍性を検証するため、研究チームはヒト小腸サンプルの空間トランスクリプトミクス解析も行いました。
実験結果：ヒトTRM細胞の異質性：研究では、ヒト小腸のCD8 T細胞もマウスと同様の異質性を示すことが明らかになりました。絨毛頂部に位置するCD8 T細胞はエフェクター分子（GZMA、ITGAEなど）を高発現し、絨毛底部に位置するCD8 T細胞は記憶能に関連する遺伝子（TCF7など）を発現していました。
細胞間シグナル伝達：マウス研究結果と一致して、ヒト小腸のTRM細胞も局所的なサイトカインと細胞間相互作用によって調節されていることが明らかになりました。
研究の結論と意義1. 科学的価値本研究は初めて、TRM細胞の小腸内における時空間的分布の法則とその機能状態の制御メカニズムを体系的に明らかにしました。研究結果は、小腸の解剖学的構造が地域的なシグナル（サイトカイン勾配や細胞間相互作用など）を通じてTRM細胞の異質性を形成することを示しています。この発見は、組織常在免疫細胞の発生と機能を理解するための新しい視点を提供します。
2. 応用価値研究では、TGFβおよびCXCR3シグナルがTRM細胞の位置決めと分化において重要な役割を果たすことが明らかになり、これらを標的とした治療戦略の開発に潜在的なターゲットを提供します。例えば、TGFβまたはCXCR3シグナルを調節することで、特定の組織におけるTRM細胞の機能を強化し、ワクチンの効果や抗腫瘍免疫反応を向上させることが可能かもしれません。
3. 研究のハイライト高解像度空間トランスクリプトミクス技術：研究チームは、小腸の三次元解剖軸上で細胞タイプと遺伝子発現の時空間的分布を捕捉する新しい計算フレームワークを開発しました。
光学エンコード遺伝子摂動技術：研究では、体内で多重的に光学エンコードされたCRISPRノックアウト実験を初めて実現し、免疫細胞分化の研究に新しいツールを提供しました。
種間検証：研究はマウスモデルでTRM細胞の異質性を明らかにしただけでなく、ヒトサンプルでもその普遍性を検証しました。
まとめ本研究は、空間トランスクリプトミクス、遺伝子摂動技術、および種間検証を組み合わせることで、TRM細胞の小腸内における時空間的分布とその機能状態の制御メカニズムを体系的に明らかにしました。研究は、組織常在免疫細胞の理解を深めるだけでなく、新しい免疫治療戦略の開発に重要な理論的基盤と技術的支援を提供します。