人類卵巣の老化における時空間トランスクリプトーム変化とFOXP1の調節作用に関する研究報告

学術背景

世界の平均寿命が長くなるにつれて、女性の更年期における健康問題がますます注目されています。卵巣の老化はその重要な問題の一つであり、骨粗鬆症、心血管疾患、肥満、腫瘍、アルツハイマー病および糖尿病など多くの健康問題と密接に関連しています。卵巣老化を遅らせる治療戦略を探るためには、卵巣の細胞組成、分子特性およびその時空間変化を完全に理解する必要があります。しかし、現在、人間の卵巣老化が細胞および分子レベルにどのように影響するかについての理解はまだ限られています。本研究では、単一細胞RNAシーケンシング（single-cell RNA sequencing、略称scRNA-seq）と空間トランスクリプトミクス（spatial transcriptomics、略称ST-seq）を統合して、人間の卵巣老化過程における八種類の細胞タイプの時空間分子特性を体系的に表現しました。

論文の出典

この研究は2024年4月9日の『Nature Aging』誌に「Spatiotemporal transcriptomic changes of human ovarian aging and the regulatory role of FOXP1」というタイトルで発表されました。研究は、華中科技大学同済医学院附属同済病院婦人科および国家婦人科疾患臨床研究センター、教育部癌侵襲と転移重点実験室のMeng Wu、Weicheng Tangなど複数のユニットの研究者によって共同で行われました。

研究設計

• 参加者とサンプルの出典：研究対象は、子宮摘出術および卵管摘出術を自発的に受けた15人の女性でした。これらの卵巣サンプルは、年齢に基づいて三つのグループに分けられました：若年グループ（18-28歳）、中年グループ（36-39歳）および老年グループ（47-49歳）。
• 対照とグループ分け：各グループにそれぞれ5例の卵巣組織が含まれ、scRNA-seqとST-seqが行われました。
• 実験プロセス： 卵巣サンプルは解離および単一細胞懸濁液処理され、10x Genomicsプラットフォームを使用してscRNA-seqが行われました。ST-seqデータ生成後、単一細胞データを統合して各ST点の可能な単一細胞の構成を推定しました。
• データ分析：散点因子分析を使用して各ST点の細胞タイプ構成を推定し、UMAPアルゴリズムおよび特異的細胞マーカーを通じて八種類の細胞タイプを識別し、遺伝子オントロジー（gene ontology、GO）分析および異なる遺伝子発現（differentially expressed genes、略称DEG）分析が行われました。

研究結果

1. 単一細胞RNAシーケンシングと空間位置の特定

研究により卵母細胞、顆粒細胞（granulosa cells、略称GCs）、平滑筋細胞（smooth muscle cells、略称SMCs）、内皮細胞、単球、自然殺傷細胞（NK細胞）、Tリンパ球など八種類の細胞タイプが識別されました。GO分析により、顆粒細胞が高度に発現する遺伝子がホルモンレベルの調節に富んでおり、卵母細胞の遺伝子が卵母細胞の分化に関連していることが示されました。ST-seqデータを使用して、各細胞タイプの空間分布が成功裏に描かれ、異なる年齢層の卵巣細胞の時空間変化の特性が明らかにされました。

2. 卵巣細胞老化に伴うトランスクリプトーム変化

研究によると、卵巣老化の過程で、異なる卵巣細胞タイプの遺伝子発現パターンは顕著に異なります。特に上方制御されたDEGsは主に「細胞老化」およびその関連シグナル伝達経路（FOXO、IL-17、NF-κBなど）に関連していました。下方制御されたDEGsは主に細胞移動、細胞外マトリックス受容体相互作用、エストロゲンシグナル伝達経路に関与していました。年齢とともに、ほとんどの卵巣細胞の老化シグナル経路スコアは顕著に増加し、細胞老化が卵巣老化において重要な役割を果たしていることがさらに確認されました。

3. 顆粒細胞と卵母細胞の特性および変化

顆粒細胞は三つのサブタイプに分けられ、老年グループでは主にGCサブタイプ3が見られ、そのマーカーはアポトーシスおよび細胞周期に関与していました。ScRNA-seqおよびST-seqデータは、顆粒細胞のサブタイプおよび空間分布を確認しました。老化の過程で、卵母細胞は明らかなDNA損傷および修復能力の低下現象を示し、DNA損傷応答遺伝子が顕著に上方制御される一方、DNA修復遺伝子は減少しました。

4. T&S細胞の変化

研究は五種類のT&S細胞サブタイプを識別し、老年グループにおいてはT&S細胞が主に細胞応答に従います。すべてのT&Sサブタイプの細胞老化スコアが顕著に増加しました。さらに分析すると、cdkn1aは老化サンプルに広範に分布しており、細胞老化関連のSASP因子レベルが著しく増加していることが示されました。

5. FOXP1の調節作用

研究は、FOXP1が卵巣で年齢とともに顕著に減少し、その減少が顆粒細胞およびT&S細胞の細胞老化に関連していることを示しました。FOXP1ノックダウン実験を通じて、FOXP1がcdkn1a転写を抑制することにより卵巣細胞老化を防止することを確認しました。FOXP1遺伝子をノックアウトしたマウスでは、卵巣の体積が減少し、健康な卵胞の数が減少し、血清AMHおよびエストラジオールレベルが低下するなど、卵巣老化が加速される特徴が現れました。

6. ケルセチンの卵巣老化に対する保護作用

研究により、ケルセチンがcdkn1aおよび他の老化マーカーの発現を顕著に減少させ、細胞増殖を促進し、DNA損傷を減少させることが明らかになりました。薬物治療を通じて、ケルセチンは中年マウスの卵巣老化を遅らせ、健康な卵胞の数および繁殖能力を増加させました。ケルセチンは卵巣老化対策において潜在的な治療価値を示しています。

総括

本研究は初めて単一細胞と空間トランスクリプトミクスを統合し、人間の卵巣老化過程における時空間トランスクリプトーム変化を体系的に説明し、FOXP1が卵巣細胞老化の重要な調節因子であることを識別し、ケルセチンの卵巣老化遅延における潜在的な応用価値を示しました。これらの発見は、卵巣老化メカニズムのさらなる研究および新しい診断および治療戦略の開発に貴重な資源と視点を提供します。