多系統萎縮におけるグリアおよびニューロンのα-シヌクレイン封入体の明確な超微構造表現型

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多系統萎縮 グリア細胞 ニューロン α-シヌクレイン 超微構造 病理学 ヒト脳

脳多系統萎縮におけるグリアおよび神経細胞内のα-シヌクレイン封入体の異なる超微細構造表現型

序論

多系統萎縮(MSA)は深刻な神経変性疾患であり、その特徴は脳の特定領域におけるα-シヌクレイン(α-Synuclein, Asyn)の異常な蓄積であり、病理学的な封入体を形成することです。これらの封入体は主に神経グリア細胞（特にオリゴデンドログリア細胞）の細胞質内(Glial Cytoplasmic Inclusions, GCIs)に見られ、他のα-Syn以上の疾患（パーキンソン病やレビー小体型認知症等）とは区別される重要な特徴です。これらの影響を受ける領域は主に黒質と被殻を含みます。しかし、これらの封入体の形成メカニズムについては現時点での理解は非常に限られています。

研究背景

この研究は、バーゼル大学、ローザンヌ連邦工科大学、Vrijeアムステルダム大学医学センターなど複数の機関の研究者による共同研究であり、2024年に《Brain》誌に発表されました。研究者にはCarolyn Böing、Marta di Fabrizio、Domenic Burger、John G.J.M. Bol、Evelien Huisman、Annemieke J.M. Rozemuller、Wilma D.J. van de Berg、Henning Stahlberg、そしてAmanda J. Lewisが含まれます。

研究方法

研究チームは8名の脳組織提供者（多系統萎縮 - パーキンソン型のケース）からの黒質と被殻中のα-Syn病理変化を調べるために、相関光・電子顕微鏡法(Correlative Light and Electron Microscopy, CLEM)を使用しました。これらの提供者の脳組織切片の厚さは15μmから60μmまで様々です。光学顕微鏡と電子顕微鏡を組み合わせたこの技術を用いて、細胞レベルで詳細にα-Synの病理的蓄積を観察することができました。

被験者死亡後の脳サンプル処理

研究に含まれる8名の提供者は、脳提供と脳組織の研究使用を明確に書面で同意しており、すべてのサンプルは厳格な倫理および法的規定に従って処理され、Vrije大学医学センターの機関審査委員会の承認を受けています。脳サンプルは4%ホルムアルデヒドで24時間固定され、その後必要に応じてさらに処理され電子顕微鏡での画像化が行われました。

光電子相関顕微鏡法(CLEM)プロセス

異なる細胞型におけるα-Syn封入体の出現と形態をより詳細に研究するため、研究者は組織切片を最大400倍と630倍の光学顕微鏡で観察し、特定の領域をさらに電子顕微鏡で分析しました。光学顕微鏡でα-Syn抗体で標識した特定の病理構造は、光電子相関顕微鏡法を用いたさらに詳細な電子顕微鏡像化によって、同じ位置の光学顕微鏡像と一致していることが確認されました。

研究結果

グリア細胞質封入体 (GCIs)

研究チームは8名の多系統萎縮患者から196個のα-Syn免疫陽性封入体を観察し、主に黒質と被殻に多く見られました。高品質の画像を通じて、研究者らはオリゴデンドログリア細胞に128個の繊維状の細胞質封入体(GCIs)を見つけました。これらの封入体の顕微構造は長く分岐しない繊維束が特徴で、異なる程度の無定形蛋白質と細胞小胞、細胞小器官（ミトコンドリアを含む）が混在していました。また、いくつかのGCIはオートファゴソーム、リソソーム、ペルオキシソームと混在しており、これがMSA過程中のオートファジー経路がα-Syn蓄積に果たす役割の実証となっています。

神経細胞質封入体 (NCIs)

GCIsと比較して、神経細胞内に見られる20個のNCIsは顕微構造上高度な異質性を示し、繊維状構造だけでなく膜性封入体も含まれていました。いくつかの封入体では、ミトコンドリアが封入体の周囲にクラスター化して分布しており、最近のパーキンソン病研究の結果と一致していましたが、細胞核内に繊維は確認されませんでした。

黒細胞

さらに、5名の患者から47個の形態特有な「黒細胞」が発見されました。これらの細胞の細胞核は明確に異形であり、核物質と細胞質は高度に密集していました。研究では、これらの細胞に2種類の異なるα-Syn蓄積が存在することが確認されました：一つはGCIsに似た繊維束状の封入体で、もう一つは明確な超微構造を持たずに大量の蛋白質物質と膜片を含む封入体です。

結論と意義

この研究は、MSAにおけるGCIs、NCIs、および「黒細胞」の顕微構造の異質性を明らかにしました。この異質性は、α-Synの異なる細胞型内での蓄積と伝播の複数のメカニズムを示し、これらの構造間に複雑な相互作用が存在する可能性をさらに示唆しています。これらの発見は、α-Synの伝播と蓄積を見る新しい視点を提供し、異なる細胞型や病期におけるα-Synの蓄積が異なる形態およびメカニズムを示すことの重要性を強調しています。

研究のハイライト

  1. 初めて明らかに: 研究は初めてMSA患者の脳におけるα-Syn免疫陽性「黒細胞」の存在とその潜在的な病理学的意義を明らかにしました。

  2. 多層構造の特徴: CLEMを通じて、異なる細胞型（オリゴデンドログリア細胞と神経細胞を含む）におけるα-Syn封入体の多層構造の特徴を詳細に明らかにしました。

  3. オートファジー経路の参加: 研究では、MSA脳内のGCIsにオートファジー関連のリソソームとペルオキシソームが見られることを観察し、これがこれらの疾患におけるオートファゴソーム-リソソーム経路の重要な役割をさらに支持しています。

展望

将来の研究では、より包括的な超構造分析を通じて、細胞特異性および段階特異性のα-Syn蓄積経路を探索し、実験モデルを使用してα-Synの細胞間伝播メカニズムをさらに検証することが求められます。これはMSAの発病機序を理解する上で重要であり、α-Syn関連疾患の早期診断と介入に新たな視点を提供する可能性があります。