ゲノム全体のスクリーニングは樹状細胞分化の必須調節因子としてTRIM33を特定します
全ゲノムスクリーニングでTRIM33を樹状細胞分化の重要な調節因子として同定
背景紹介
樹状細胞（Dendritic cells, DCs）は、先天免疫と適応免疫の橋渡しとして機能し、パターン認識受容体（TLRsなど）を介して病原体を認識し、抗原特異的T細胞反応を調節します。樹状細胞は主に二つの種類に分けられます：インターフェロンを産生する形質細胞様樹状細胞（plasmacytoid DCs, pDCs）と抗原提示を行う通常の樹状細胞（conventional DCs, cDCs）です。pDCsはエンドソーム内のTLRs（TLR7とTLR9）を通じて病原体由来の核酸を認識し、タイプIインターフェロンや他のサイトカインを迅速に産生します。一方、cDCsは、高レベルの主な組織適合性複合体（MHC）II類分子と抗原提示装置を持ち、初期の抗原特異的T細胞を効果的に活性化する能力を持っています。cDCsはさらに、抗原をCD8+ T細胞に交差提示するCDC1と、外来性抗原をCD4+ T細胞に専門的に提示するCDC2に分かれます。
全てのDCsは短命の骨髄由来細胞であり、Flt3リガンド（FLT3L）によって骨髄で継続的に産生されます。その受容体FLT3は多能性造血前駆細胞および全ての成熟DCsに発現しています。しかし、Flt3Lシグナルによって駆動される具体的な分子メカニズムは完全に解明されておらず、前駆細胞の増殖とDC分化のバランスをどのように細かく調節しているかは依然として謎のままです。
論文の出所
本論文はIoanna Tiniakou氏および同僚によって執筆され、研究チームはNew York University Grossman School of Medicine、Humboldt Universität zu Berlinなどの機関から構成され、2024年4月12日に『Science Immunology』誌に発表されました。論文のタイトルは「Genome-wide screening identifies TRIM33 as an essential regulator of dendritic cell differentiation」です。
研究プロセス
全ゲノムスクリーニング
FLT3LによるDC分化メカニズムを探るため、研究者は条件的に不死化されたHoxb8-FL細胞系を使用しました。これらの細胞はエストロゲンとFLT3Lの存在下で未分化の状態を保持し、全ての骨髄細胞とDC亜群を産生する能力を持っています。エストロゲンを除去し、FLT3L存在下で培養することで、Hoxb8-FL細胞は7日間で機能的なpDCsとcDCsに分化します。
研究者はCRISPR-Cas9遺伝子ノックアウトスクリーニングを実施し、「BriE」sgRNAライブラリを利用して約19,600個のマウス遺伝子を標的にしました。転写後の細胞はFLT3Lとエストロゲンの条件下で拡大し、初期前駆細胞サンプルを得た後、エストロゲンを除去してDC亜群に分化させました。最後に、研究者はゲノムシーケンシングを通じて各サンプルのsgRNA含量を分析し、”crisptimer”アルゴリズムを使用して遺伝子ノックアウト変異体を識別しました。
スクリーニングの結果、TSCおよびGATOR1複合体の亜基を含む複数の遺伝子がDC分化に重要な役割を果たしていることが示されました。これらはmTORシグナルを抑制することで前駆細胞の増殖を制限し、DC分化を促進します。また、転写抑制因子TRIM33がDC分化の重要な調節因子であることが判明しました。条件付き体内ターゲット実験では、マウスでTRIM33を削除すると、全てのDC亜群（pDCsおよび交差提示CDC1亜群を含む）が顕著に減少しましたが、単球や顆粒球には影響がありませんでした。
さらなる検証
研究者はmTORシグナルがDC分化に与える影響をさらに探求しました。結果は、TSCおよびGATOR1複合体がmTOR活性を制限することによって、FLT3L駆動の前駆細胞拡大とDC分化の間のスイッチ役を果たしていることを示しました。研究者はTOR阻害剤Torin1およびラパマイシンを使用してこの点を検証し、これらが異なる濃度で未分化Hoxb8-FL細胞の成長を完全に阻害するが、DCの分化は阻害しないことを発見しました。
最後に、研究チームは別のsgRNAライブラリを使用して転写因子のスクリーニングを行い、FLT3L駆動のDC分化調節因子、特にTRIM33をさらに確認しました。条件付きTrim33削除マウスの体内実験を通じて、研究者はTrim33が全ての主要なDC亜群に必須の調節因子であることを確認しました。
研究結果
遺伝子調節因子の同定：全ゲノムスクリーニングは、FLT3L駆動のDC分化を調節する複数の遺伝子を識別しました。これにはmTORシグナルを抑制することでDC分化を促進するTSCおよびGATOR1複合体の亜基が含まれます。また、DC分化過程でTRIM33が重要な役割を果たしていることが判明しました。
体内検証：マウスモデルを用いてTrim33を条件付きで削除し、その結果DC亜群に与える影響を観察しました。結果は、Trim33を削除すると全てのDC亜群が顕著に減少し、単球や顆粒球には影響がないことを示しました。
mTORシグナルの研究：研究はmTORシグナルがDC分化に果たす役割をさらに探求し、TSCおよびGATOR1複合体がmTOR活性を制限することで前駆細胞拡大とDC分化の調節を実現していることを発見しました。
転写因子のスクリーニング：追加のsgRNAライブラリスクリーニングを通じて、TRIM33がFLT3L駆動のDC分化における重要な役割を果たすことをさらに確認しました。
研究の結論
研究は、FLT3L駆動のDC分化過程における分子メカニズム、特にTSCおよびGATOR1がmTORシグナルを抑制することでDC分化の「スイッチ」役を果たしていることを明らかにしました。研究はまた、TRIM33がDC分化の重要な調節因子であることを確認し、その重要性を突きつけました。これらの発見は、FLT3Lシグナルが樹状細胞や他の骨髄由来細胞の生成にどう関与しているかを理解するための重要な手がかりを提供します。
研究の意義と価値
科学的意義：研究は、複数の重要な遺伝子とそのFLT3L駆動のDC分化における役割を特定し、DC分化の分子メカニズム、特にmTORシグナルが果たす重要な役割を解明しました。
応用価値：研究で確認されたTRIM33や他の調節遺伝子は将来、DC分化を調節する治療手段の開発における潜在的なターゲットとなり、重要な臨床応用価値を持つと考えられます。
革新性：研究は全ゲノムCRISPR-Cas9スクリーニング方法を使用し、広範な遺伝子スペクトラムから重要な調節因子を識別しました。さらに条件付き遺伝子ノックアウトマウスを用いてこれらの発見の有効性を検証しました。
本研究は樹状細胞の分化に対する新たな洞察を提供し、将来の研究および臨床応用の重要な方向性を示唆します。