NARP研究所の研究がSIV感染の脊髄遺伝子発現への影響を明らかに

背景紹介

抗レトロウイルス療法(ART)の実施にもかかわらず、HIVに関連する末梢神経障害(HIV-DSP)は依然としてHIV感染の最も一般的な神経学的症状の1つです。HIV-DSPの臨床症状には、脱力、しびれ、灼熱感、過敏反応が含まれます。ARTによってウイルスの複製が抑制されているにもかかわらず、HIV患者の最大3分の1がHIV-DSPの症状を持続的に示しています。この現象の正確なメカニズムはまだ完全には解明されていませんが、現在のところHIV-DSPはウイルスの直接的および間接的効果と、一部のART薬（逆転写酵素阻害剤やプロテアーゼ阻害剤など）の潜在的な毒性作用が共同で引き起こしていると考えられています。さらに、糖尿病や加齢などの特定の疾患も促進因子となる可能性があります。

脊髄は痛覚と感覚経路の中核的な構成要素であり、感覚受容体は後根神経節(DRG)の感覚ニューロンを通じて侵害性感覚などを脊髄に伝達し、脊髄後角のニューロンは複数の経路を通じて感覚情報を視床に伝達し、最終的に大脳の感覚皮質に投射します。しかし、ARTが広く使用されるようになって以来、HIV感染患者の脊髄に関する詳細な分子的および形態学的データは限られています。

研究出典

本論文はJohns Hopkins University School of MedicineのKathleen R. Mulka, Suzanne E. Queen, Lisa M. Mangus, Sarah E. Beck, Audrey C. Knight, Megan E. McCarron, Clarisse V. Solis, Arlon J. Wizzard, Jyotsna Jayaram, Carlo Colantuoni、Joseph L. Mankowskiらの科学者によって共同執筆され、2024年の「Journal of Neuroimmune Pharmacology」に掲載されました（DOI: 10.1007/s11481-024-10130-0）。

研究プロセス

実験モデル

研究ではアカゲザルSIV感染モデルを使用しました。このモデルは、実験的感染とARTによるウイルス抑制の重要な時点で脊髄の変化を評価することができます。研究チームは非感染（対照）、感染のみ（SIV+）、感染およびART治療（SIV + ART）のアカゲザル脊髄でRNA sequencing（RNA-Seq）を行い、SeqSeekプラットフォームを通じて遺伝子発現の変化を特定の細胞タイプにマッピングしました。

サンプル処理

実験には2〜9歳のオスザルを選択し、すべてのサルがSIV陰性で神経保護遺伝子Mane-A1*084:01:01を発現していないことを確認しました。研究は3つのグループに分けられました：対照群（非感染かつ未治療）、SIV+群（SIVウイルスに感染し未治療）、SIV + ART群（SIVウイルスに感染しART治療を受けた）。実験では標準的なSIV感染プロトコルを使用し、神経病原性分子クローンSIV/17E-FRと免疫抑制性SIV/DeltaB670の静脈内注射を組み合わせて行いました。

サンプル収集とRNA抽出

実験サルは異なる時点で安楽死させ、脊髄サンプルは迅速に凍結され-80℃で保存されました。100mgの凍結腰椎脊髄サンプルからRNAを抽出し、サンプルに対してグローバルRNA-Seq解析を行いました。

データ分析

Bioinformatics分析センターを利用してリードアライメントを行い、DESeq2ソフトウェアを通じて遺伝子およびトランスクリプト発現レベルを計算し、差異遺伝子発現分析を実施しました。EnrichrとSeqSeekプラットフォームを使用して遺伝子パスウェイ分析を行いました。

主要研究結果

SIV感染の遺伝子発現への影響

RNA-Seq解析により、SIV感染の脊髄サンプルでは、インターフェロンシグナル伝達およびウイルス応答に関連するパスウェイに主に集中した遺伝子の上方制御が発見されました。これにはISG15、OAS1、IFI27などが含まれます。これらの遺伝子の上方制御は、SIV感染後の強力な抗ウイルス反応を示しています。統計分析により563個の上方制御遺伝子と437個の下方制御遺伝子が特定され、後者は主にコレステロール生合成と細胞外マトリックス組織に関与していました。

SIV+ART群と対照群の比較

SIV + ART群では、脊髄組織中でSIVウイルスRNAは検出されませんでしたが、DNAは依然として存在しました。対照群と比較して、SIV + ART群では501個の遺伝子が上方制御され、279個の遺伝子が下方制御されました。上方制御された遺伝子は主に神経伝達物質受容体とシナプス後信号伝達経路に関与しており、これはSIV+ART群の脊髄で神経信号経路が活性化していることを示しています。

遺伝子発現の異質性

SIV+ART群では、遺伝子発現に異質性が存在し、一部のサルでは神経シナプス信号に関連する遺伝子の上方制御が見られ、他のサルでは炎症マーカーの上方制御が見られました。これは、ARTがウイルスを抑制したにもかかわらず、個体間で遺伝子発現応答に差異が依然として存在することを示しています。

結論

本研究は、SIV感染とARTがアカゲザルの脊髄遺伝子発現に異なる影響を与えることを証明しました：ART治療を受けていないSIV感染群では強い抗ウイルスおよび炎症反応を示し、ART治療を受けたSIV感染群では神経伝達物質とシナプス後信号経路の顕著な活性化が見られました。これらの発見は、SIVおよびHIV感染とART治療の脊髄への影響をさらに研究するための基礎を築き、将来的にHIV関連神経障害に対する治療介入の新しい方向性を提供する可能性があります。