好中球由来のPAD4はCKMT1のシトルリン化を誘導し、炎症性腸疾患の粘膜炎症を悪化させる

2024-08-01 Thu
近年、炎症性腸疾患（Inflammatory Bowel Disease, IBD）の研究において、好中球が腸の炎症の発生と進行に重要な役割を果たしていることを示す証拠が増えています。IBDにはクローン病（Crohn’s Disease, CD）と潰瘍性大腸炎（Ulcerative Colitis, UC）が含まれますが、その発症メカニズムはまだ完全には解明されていません。しかし、異常な免疫応答が病状に影響を与える主要な要因の一つであることは明らかです。
研究背景と目的本研究の目的は、IBDの病理過程におけるペプチジルアルギニンデイミナーゼ4（Peptidyl Arginine Deiminase 4, PAD4）の具体的な役割とその潜在的な基質を探ることです。研究チームは、好中球が好中球細胞外トラップ（Neutrophil Extracellular Traps, NETs）と呼ばれる網状構造を形成して病原微生物と戦うことができますが、同時にこのメカニズムが細胞接着を破壊し、腸上皮細胞（Intestinal Epithelial Cells, IECs）のアポトーシスを誘導する可能性があることを指摘しています。したがって、このプロセスにおけるPAD4の役割を理解することが特に重要です。
研究者と機関この論文は、Shuling Wang、Yihang Song、Zhijie Wangらによって共同で完成され、著者は主に中国上海の海軍軍医大学、長海病院、および中国科学技術大学から参加しています。論文は2024年5月8日に「Cellular & Molecular Immunology」に掲載されました。
研究方法とプロセス研究チームは、単一細胞RNA sequencing（Single-Cell RNA Sequencing, scRNA-seq）と基質シトルリン化（citrullination）マッピング技術を用いて、デキストラン硫酸ナトリウム（DSS）誘導性大腸炎マウスモデルにおけるPAD4の役割を系統的に解読しました。
動物実験：研究者はまず、遺伝子ノックアウト技術を用いてPAD4欠損マウス（PAD4−／−）を生成し、この欠損がDSS誘導性大腸炎の炎症を著しく改善することを発見しました。
単一細胞RNAシーケンシング：大腸組織の単一細胞RNAシーケンシングを通じて、研究チームは17種類の異なる細胞群を同定し、PAD4欠損マウスにおいて好中球の数が著しく減少していることを発見しました。さらに、上皮細胞のサブグループにも顕著な変化が観察されました。
基質シトルリン化マッピング：液体クロマトグラフィー質量分析（LC-MS）を用いて、大腸炎におけるPAD4の役割をさらに検証し、ミトコンドリアクレアチンキナーゼ1（Mitochondrial Creatine Kinase 1, CKMT1）がPAD4によって制御される重要な基質であることを発見しました。
主な研究結果PAD4欠損は腸内細胞の景観を再形成した：
研究では、PAD4欠損によりDSS処理されたマウスの大腸組織における好中球の数が著しく減少し、一連の炎症関連遺伝子の発現が顕著に低下していることが分かりました。
IECの分析では、未熟な遠位上皮細胞の減少が見られましたが、NOS2+CLCA3b+上皮細胞は著しく増加し、これらの変化は酸化的リン酸化とオートファジー経路と密接に関連していました。
PAD4はEVsを介して腸管バリア機能を調節する：
研究では、NETs形成過程において、PAD4がEVsを介してIECsに放出され、その細胞生存とバリア機能に影響を与えることが分かりました。
in vitro実験では、PAD4を過剰発現させたIEC株を用いて、PAD4が細胞のシトルリン化過程を制御する役割をさらに証明し、細胞アポトーシスマーカーの増加と細胞接着マーカーの減少を示しました。
CKMT1はPAD4シトルリン化の重要な基質である：
一連の質量分析において、研究チームはCKMT1のR243部位がPAD4によるシトルリン化の主要な作用部位であることを発見しました。
PAD4欠損マウスでは、DSS誘導性大腸炎マウスモデルにおいてCKMT1のタンパク質安定性が著しく改善され、PAD4がオートファジー経路を介してCKMT1の発現を制御していることが示唆されました。
研究結論と意義この一連の詳細な研究を通じて、チームはIBDにおけるPAD4の重要な役割を証明し、PAD4がCKMT1のシトルリン化を介してIECの恒常性に影響を与え、IBDの病状を悪化させる重要なメカニズムを明らかにしました。これらの発見は、IBDの病理メカニズムに新たな洞察を提供するだけでなく、PAD4が潜在的な治療標的となる可能性を示しています。
研究のハイライトPAD4がEVsを介してNETs形成過程でIECsに伝達され、作用することを初めて発見しました。
CKMT1がPAD4シトルリン化の重要な基質であることを特定し、腸の病理におけるその具体的な役割を深く解明しました。
単一細胞RNAシーケンシングと質量分析を通じて、腸の炎症におけるPAD4の分子メカニズムを系統的に解析しました。
臨床関連性IBD患者の臨床分析を通じて、研究チームはIBDにおけるPAD4とCKMT1の発現変化をさらに検証しました。データは、IBD患者においてPAD4とシトルリン化レベルが著しく上昇し、CKMT1の発現が明らかに低下していることを示しており、これは大腸の炎症程度と負の相関関係にありました。この発見は、IBDの臨床診断と標的治療に重要な手がかりを提供しています。
展望と提案この研究は、IBD治療におけるPAD4の応用可能性に強力な理論的支持を提供しています。将来の研究では、IBDにおけるPAD4とCKMT1の具体的な制御メカニズムをさらに探求し、新しい治療標的と薬物を開発することで、患者により効果的な治療法をもたらすことが期待されます。