インフルエンザAウイルスが細胞間でどうやって広がるか

インフルエンザAウイルス、IAVって呼ばれるやつは、ウイルス粒子、つまりウイルスの体を使って、一つの宿主から別の宿主に広がる必要がある。でも、宿主が感染しちゃうと、IAVは外部のウイルス粒子に頼らずに、細胞から細胞へ直接広がることもできる。このプロセスを直接細胞間拡散って呼んでるんだ。これのおかげで、ウイルスは免疫システムが抗体や抗ウイルス薬で感染と戦っているときでも、細胞間を広がり続けられるんだよ。

多くのウイルスは細胞間を直接広がることができて、いろんな方法を使ってる。一部のウイルスは、隣の細胞にウイルス粒子を放出することなく、まるごと運ぶこともできる。例えば、フィロポディアやウイルス学的シナプスっていう構造が、新しくできたウイルス粒子を一つの細胞から別の細胞に運ぶことができる。また、他のウイルスは、細胞膜を融合させて、ウイルスの遺伝物質やタンパク質を直接細胞間で共有するっていう別のメカニズムを使ったりする。そうやって、細胞は大型の多核構造、シンシチウムって呼ばれるものを作ったり、細い長い接続、トンネリングナノチューブ（TNT）を通じて遠くの細胞とつながることもある。TNTは、F-アクチンっていうタンパク質で豊富にされてる柔軟で細いリンク（直径約50～200ナノメートル）で、細胞間のいろんな物質の輸送を助けていて、ヘルペスシンプルックスウイルス、ヒト免疫不全ウイルス、SARS-CoV-2、そしてIAVの拡散とも関連があるって言われてる。

人工細胞システムの研究で、IAV感染が細胞内にTNTのような構造を作ることがわかった。これらの構造は、ウイルス粒子を細胞間で伝達し、ウイルスの遺伝物質を混ぜるのに役立つ。でも、TNTは壊れやすくて一時的だから、呼吸器系のような密な組織で観察するのは難しいんだ。これが、これらの構造がIAVが通常感染する組織で自然に形成されるかどうか、そしてIAV感染がTNTのような構造の生成をどう刺激するかに関する疑問を呼んでいる。

この問題を調べるために、研究者たちは遺伝子改変マウスを使った特別なシステムを用いた。彼らは、IAVに感染した細胞からこれらの構造が形成されるのを観察し、IAV感染の自然な拡散におけるTNTのような構造の重要性を確認した。それから、IAV感染がこれらの構造をどう作り出すかを調べる実験を行った。研究者たちは、TNTのような構造の形成がアポトーシス、つまりプログラムされた細胞死と呼ばれるプロセスによって引き起こされることを見つけた。これは、アポトーシスが損傷した細胞と健康な細胞の間でこれらの構造の形成を促進することが知られているため、重要なんだ。研究者たちがアポトーシスをブロックする薬を使ったとき、IAV感染細胞からのTNTのような構造の形成は完全に止まったんだ。

#感染した肺におけるTNTのような構造の存在

これまで、TNTのような構造とIAV感染の役割に関する研究は人工モデルに限られていた。これらの構造がIAVの伝播に関連しているかどうかを判断するには、自然な感染場所に存在する必要がある。TNTのような構造は肺の固形腫瘍で観察されたことがあるが、通常の肺組織では見つかっていなかった。肺の環境は、細胞間に長くて細い接続を形成するのに困難を伴う。これらの構造は、もともと壊れやすいものだから、密で複雑な環境の中で存在し、呼吸や粘液の動きによるストレスにも耐えなきゃならない。

TNTのような構造を組織で視覚化するための一般的な方法は、密度が低い組織やより剛性の高いものに焦点を当ててきた。こうした研究は、複雑さが低い染色や組織準備技術を使うことが多い。それに加えて、呼吸器ウイルス感染後にこれらの構造の形成を研究するのは、感染した細胞と健康な細胞を区別する必要があるため、複雑になる。

呼吸器感染中にTNTのような構造が肺で形成できるか調べるために、研究者たちは感染した細胞をラベル付けし、構造の完全性を損なわないように組織の改変を最小限に抑える方法が必要だった。彼らは、Creリコンビナーゼの遺伝子を含む改変IAVと特別なマウス系統を組み合わせることでこれを達成した。このシステムは、感染した細胞を膜の蛍光を変化させることで明確に特定できるようにした。マウスを感染させて数日間感染を進行させた後、研究者たちは肺組織を取り出し、先進的なイメージング技術を使って感染した細胞や関連するTNTのような構造を視覚化した。

興味深いことに、研究者たちはIAVに感染した細胞が非常に細いTNTのような構造を表面から突出させているのを観察した。これらの構造は、気道のルーメンを通してではなく、細胞間のスペースの中で形成されているように見え、隣接する細胞の輪郭に沿った曲がった形状を持っていた。また、感染した細胞の間に接続があることも確認され、これらの構造が肺組織内でIAVの伝達を促進するかもしれないことを示唆していた。

#直接細胞間拡散の調査

IAV感染中にTNTのような構造が形成できることを確認した後、研究者たちはIAV感染がこれらの構造の形成をどう引き起こすかを研究するための適切な実験室システムを確立しようとした。感染後に細胞を固定して保存する方法を適用することで、研究者たちはさまざまなTNTのような構造とその特性を観察することができた。

興味深いことに、感染した細胞と未感染の細胞が同じ速度でこれらの接続を形成できることを発見した。以前の研究では、特定のウイルス感染が、健康な細胞と感染した細胞間で「経路探索」原理に基づいてTNTのような構造を作ることを促進する可能性があることが示唆されていた。この原理は、受容細胞が生成したシグナルタンパク質の勾配によって、これらの構造が一つの細胞から別の細胞に誘導されるというものだ。

IAVの文脈において、研究者たちはウイルス感染が近くの細胞を引き寄せるシグナル分子を生成するかどうかを疑問視していた。これを調べるために、彼らは人間の肺細胞株を修正して蛍光マーカーを発現させ、その後修正されていない細胞と共培養した。共培養をIAVで感染させた後、感染した細胞と未感染の細胞が接続を形成する頻度を測定し、それぞれの能力を比較した。

データを分析した結果、研究者たちは、TNTのような構造を生成する能力において感染した細胞と未感染の細胞との間に有意な差がないことを見つけた。接続を開始する感染した細胞と未感染の細胞の割合は、培養内のそれぞれの豊富さを反映していた。これは、接続の形成が感染した細胞からの特定の引き寄せによって駆動されているのではなく、培養内の両方の細胞の一般的な反応であることを示していた。

#TNTのような構造形成におけるアポトーシスの役割

シグナル分子の存在がTNTのような構造の形成に影響を与えていないように見えたため、研究者たちはIAV感染とアポトーシスの関係に注目した。以前の研究では、アポトーシスのプロセスがTNTのような構造の誘導を引き起こす可能性があることが示されていて、これが接続の可能性を示唆している。これを確認するために、研究者たちはIAV感染が細胞死と構造形成に与える影響を調べた。

彼らは、IAV感染が細胞膜の変化やアポトーシス小体の存在を含む、アポトーシスの有意な兆候を引き起こすことを発見した。逆に、研究者たちがアポトーシスプロセスをブロックする特別な阻害剤で細胞を処理したとき、細胞死の兆候は見られず、TNTのような構造の形成も止まった。これは、IAVウイルスがアポトーシスを通じてこれらの細胞間接続の形成を引き起こすことを強く示唆している。

この研究は、IAV感染が抗ウイルス薬がある中でもウイルスの直接細胞間伝播を生み出す可能性があることを示していて、感染の拡散におけるこれらの構造の重要性を強調している。

#結論

要するに、研究はIAV感染が宿主組織内でどのように広がるかの重要な側面を強調している。感染した宿主の肺でTNTのような構造が形成され、ウイルスが細胞間で直接広がる道を提供することを確立した。さらに、研究者たちはアポトーシスのトリガーがこのプロセスにおいて重要なメカニズムであることを発見した。これらの構造の形成とウイルスの伝播における役割を理解することは、将来的にIAVだけでなく他のウイルス感染に対処するための広範な影響があるかもしれない。