カポジ肉腫関連ヘルペスウイルスに安定感染した内皮細胞の特異的な粘弾性および形態的特性

2025-04-20 Sun
細胞力学 KSHV メカノタイピング受動的マイクロレオロジー血管リンパ生体医工学
カポジ肉腫関連ヘルペスウイルス（Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus, KSHV）はγ-ヘルペスウイルスの一種で、主に内皮細胞に感染し、カポジ肉腫（Kaposi’s sarcoma, KS）の発症を引き起こします。特にHIV感染者において顕著です。カポジ肉腫は、内皮細胞の増殖を特徴とする悪性腫瘍で、通常は皮膚病変として現れます。KSHVが内皮細胞に感染すると、細胞の形態や力学特性に著しい変化が生じ、これらの変化は早期診断や治療のマーカーとして利用できる可能性があります。しかし、特に細胞の力学特性に関するこれらの変化の定量研究はまだ限られています。そこで、本研究ではKSHV感染後の内皮細胞の形態および力学変化を定量分析し、これらの変化が診断および治療のターゲットとしての可能性を探ることを目的としています。
論文の出典本論文は、Majahonkhe M. Shabangu、Melissa J. Blumenthal、Danielle T. Sass、Dirk M. Lang、Georgia Schafer、およびThomas Franzによって共同執筆されました。著者らは、ケープタウン大学（University of Cape Town）の生物医学工学研究センター、国際遺伝子工学・生物技術センター（International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology）など、複数の研究機関に所属しています。論文は2025年4月5日に『Cellular and Molecular Bioengineering』誌に掲載され、DOIは10.1007/s12195-025-00848-zです。
研究の流れ1. 細胞培養とウイルス感染研究では、血管内皮細胞（HUVEC由来のHuARLT2細胞）とリンパ内皮細胞（LEC）の2種類の内皮細胞株を使用しました。これらの細胞は、遠心接種法（spinoculation）を用いて組換えKSHV（rKSHV）に感染させ、安定した感染モデル（HuARLT2-rKSHVおよびLEC-rKSHV）を確立しました。感染後、細胞はプーロマイシン（puromycin）を含む選択培地で少なくとも2週間培養され、安定したウイルス感染が確認されました。
2. ミトコンドリア追跡マイクロレオロジー（Mitochondria-Tracking Microrheology, MTM）感染後の細胞の力学特性を研究するため、ミトコンドリア追跡マイクロレオロジー技術が使用されました。細胞を染色した後、共焦点顕微鏡を用いて生細胞イメージングを行い、ミトコンドリアの運動軌跡を記録しました。ミトコンドリアの平均二乗変位（Mean Squared Displacement, MSD）およびそのべき乗則指数（α）を分析することで、細胞内環境の粘弾性特性を評価しました。
3. 細胞形態分析研究では、位相差顕微鏡および蛍光顕微鏡を用いて感染および未感染細胞の画像を取得し、Fijiソフトウェアを用いて画像処理を行いました。細胞のアスペクト比（aspect ratio）、円形度（roundness）、および真円度（circularity）を測定し、感染後の細胞の形態変化を定量分析しました。
4. データ分析研究では、PythonおよびGraphPad Prismを使用して統計分析を行い、感染および未感染細胞の形態および力学特性の差異を評価しました。Shapiro-Wilk検定を用いてデータの正規性を評価し、Welchのt検定またはMann-Whitney U検定を用いて群間比較を行いました。
主な結果1. 細胞形態の変化研究では、KSHV感染によりHuARLT2およびLEC細胞のアスペクト比が著しく増加し、円形度および真円度が低下することが明らかになりました。具体的には、HuARLT2-rKSHV細胞のアスペクト比は29.7%増加し、円形度は26.1%低下し、真円度は25.7%低下しました。LEC-rKSHV細胞も同様の形態変化を示しましたが、変化の幅は小さかったです。
2. 細胞の力学特性ミトコンドリア追跡マイクロレオロジー分析により、KSHV感染により細胞の変形能力が著しく増加し、短いラグ時間（τ = 0.19 s）でのMSDの増加が観察されました。HuARLT2-rKSHVおよびLEC-rKSHV細胞のMSDは、未感染細胞に比べてそれぞれ49.4%および42.2%高くなりました。さらに、感染細胞のMSDべき乗則指数（α）は有意に低下し、細胞質の粘度が増加していることが示されました。
結論本研究は、KSHVが内皮細胞に感染すると、細胞の形態および力学特性に著しい変化が生じることを示しており、これらの変化がカポジ肉腫の早期診断のバイオマーカーとして利用できる可能性があります。特に、細胞の変形能力の増加および細胞質粘度の変化は、新しい治療戦略の開発に重要な手がかりを提供する可能性があります。さらに、血管内皮細胞と比較して、リンパ内皮細胞は感染後の形態変化が小さいものの、力学特性の変化がより顕著であることが明らかになりました。これは、細胞内の力学特性が形態変化よりもKSHV感染を敏感に反映する可能性を示唆しています。
研究のハイライトKSHV感染後の細胞形態および力学変化の定量分析：本研究は、KSHV感染後の内皮細胞の形態および力学特性の変化を定量分析した初めての研究であり、カポジ肉腫の早期診断に新たな視点を提供しました。
ミトコンドリア追跡マイクロレオロジー技術の応用：研究では、革新的なミトコンドリア追跡マイクロレオロジー技術を使用し、細胞内の粘弾性特性を精密に測定することで、ウイルス感染の細胞力学メカニズムを研究するための新たなツールを提供しました。
細胞力学特性の診断マーカーとしての可能性：研究では、KSHV感染後の細胞の力学特性の変化が形態変化よりも顕著であることが明らかになり、細胞力学特性に基づく診断法の開発に理論的根拠を提供しました。
研究の価値本研究は、KSHV感染のメカニズムに対する理解を深めるだけでなく、カポジ肉腫の早期診断および治療に新たな視点を提供しました。特に、細胞力学特性の変化は、将来的に非侵襲的診断ツールを開発するための重要なターゲットとなる可能性があります。さらに、研究で使用されたハイスループットマイクロレオロジー技術は、他のウイルス感染およびがん研究のための新たな方法論的参考資料を提供します。
その他の有益な情報研究データおよび分析コードは、ケープタウン大学のZivaHubデータリポジトリで公開されており、他の研究者が参照および使用できるようになっています。さらに、本研究は南アフリカ国立研究財団（National Research Foundation of South Africa）など、複数の機関からの資金提供を受けており、研究の円滑な進行が確保されました。
本研究を通じて、科学者たちはKSHVが内皮細胞に感染する際の生物力学的メカニズムを明らかにし、細胞力学特性に基づく診断および治療戦略の開発の基盤を築きました。