プリオン病におけるミクログリアのNF-κBシグナル伝達
研究が示す、プリオン病におけるミクログリアのNF-κBシグナル伝達の役割。
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プリオン病は珍しいけど深刻な脳の病気で、たくさんの動物や人間にも影響を与えるよ。この病気は、通常細胞にある異常なタンパク質の変化によって特徴づけられるんだ。このおかしなタンパク質は脳内で広がり、炎症を引き起こしたり神経細胞が死んじゃったりする。脳の免疫細胞であるミクログリアは、こうした病気に対応するのに重要な役割を果たしていると考えられている。ミクログリアの中で重要なシグナル伝達経路の一つがNF-κBって呼ばれるもの。これによりミクログリアは炎症に影響を与えたり、細胞が損傷にどう反応するかを調整するいろんなタンパク質を発現させるんだ。
ミクログリアとプリオン病
ミクログリアは脳の怪我や感染への反応に欠かせない存在。プリオン感染のときには活性化されて、炎症を引き起こす物質を放出することがある。この炎症は神経細胞にとって有害で、プリオン病に関連する症状を引き起こすことがある。以前の研究では、NF-κBシグナル伝達の役割についての結果はまちまちだった。一部の研究ではこの経路がそれほど重要じゃないかも、って言われてて、他の研究では逆に重要かもしれないって言われてた。
NF-κBシグナル伝達の詳細
NF-κB経路は、炎症、細胞の生存、死に関連する多くの遺伝子の発現を制御している。通常の状態では、NF-κBは細胞質にいて、IκBというタンパク質によって細胞核に移動できないようになってる。IKKという重要な酵素が活性化されると、IκBが分解されて、NF-κBが細胞核に入って炎症を引き起こす遺伝子を活性化することができる。プリオン病の場合、IKKは感染のサインを認識する免疫受容体を通じて活性化されることがある。
実験
ミクログリアのNF-κBシグナル伝達がプリオン病でどんな役割を果たすのかを明らかにするために、研究者たちは特にミクログリアでIKKをノックアウトする実験を行った。これは、これらの免疫細胞のNF-κB経路が機能しないようにしたということ。次に、プリオンに感染した脳の材料にさらされた混合グリア細胞(アストロサイトとミクログリアを含む)の培養物で何が起こったかを観察したんだ。
その結果、ミクログリアにIKKがないと、NF-κBに制御された遺伝子の発現が大幅に減少したことがわかった。面白いことに、この遺伝子発現の減少は、培養物中の神経細胞へのダメージを減少させることにはつながらなかった。むしろ、おかしなプリオンタンパク質が増えているようで、IKKがないことで細胞がこの有害なタンパク質を排除する能力に影響を与えた可能性があった。
マウスモデル
研究者たちは、ミクログリアでIKKをノックアウトしたマウスモデルを使って研究した。これらのマウスにプリオンを注射して、行動、生存率、脳の健康をモニタリングしたんだ。ミクログリアにIKKがないマウスは、野生型マウスに比べて病気の進行が早かった。臨床的な兆候が早く現れ、生存率も低かった。
活性化されたミクログリアとアストロサイトが脳に多くいたにも関わらず、IKKノックアウトマウスでは脳におかしなプリオンタンパク質が少なかった。これは、ミクログリアが活性化されていても、感染に対処する能力が損なわれていたことを示している。
行動の変化
行動試験では、IKKノックアウトマウスが記憶や学習に関連するタスクをうまくこなせなかったことがわかった。巣作りが苦手で、健康なマウスに比べてあまり掘らなかった。これらのタスクは、記憶に重要な脳の海馬機能に密接に関わっているんだ。
細胞の変化
研究者たちは、これらのマウスの脳におけるミクログリアとアストロサイトの数や形状を調べた。IKKノックアウトマウスでは、特定の脳の領域にミクログリアが増えていることがわかった。これらのミクログリアの形も変わっていて、より活発になっていることを示している。アストロサイトという別の種類の脳細胞もノックアウトマウスでより活性化されていて、ミクログリアのシグナル伝達が適切でないと、アストロサイトがより反応的になることを示唆している。
細胞培養におけるプリオンの蓄積
プリオンにさらされた脳培養を見たところ、ミクログリアにIKKがないものでは異常なプリオンタンパク質のレベルが増加していることが確認された。それに対して、感染したマウスの実際の脳では、このタンパク質の量は比例して増えていなかった。これは、ミクログリアのシグナル伝達がプリオン病の進行にどのように影響を与えるのか、疑問を投げかける。
炎症と神経毒性
タンパク質のレベルの変化にもかかわらず、IKKノックアウトは神経細胞を死から守ることはできなかった。細胞培養でも生きたマウスでも同様だった。これは、2種類の混合グリア培養物が神経細胞を傷つける神経毒性因子を放出するという発見と一致している。
結論
要するに、ミクログリアのIKKとNF-κBシグナル伝達は、脳内の炎症やプリオン感染への反応に重要な役割を持っているみたい。ミクログリアのNF-κBシグナル伝達が欠けると、遺伝子発現や行動に顕著な変化が見られたけど、神経変性に対する保護を提供することはなかった。むしろ、機能不全のミクログリアがプリオン病の進行を加速させることに寄与しているかもしれない。今後の研究が必要で、ミクログリアのシグナル伝達が神経炎症と神経保護のバランスをどう保つかを理解する必要がある。
今後の研究の影響
ミクログリアがプリオン病にどう反応するかの複雑さを理解することは、新しい治療法への道を開くよ。ミクログリアの炎症反応を調整することで、プリオン病の進行を遅らせたり、脳の健康を改善することができるかもしれない。さらなる研究を通じて、ミクログリアの異なる経路が神経変性の状況で保護的または有害な役割にどう寄与するかを探ることができる。
タイトル: Microglia-specific NF-κB signaling is a critical regulator of prion-induced glial inflammation and neuronal loss
概要: Prion diseases are a group of rare and fatal neurodegenerative diseases caused by the cellular prion protein, PrPC, misfolding into the infectious form, PrPSc, which forms aggregates in the brain. This leads to activation of glial cells, neuroinflammation, and irreversible neuronal loss, however, the role of glial cells in prion disease pathogenesis and neurotoxicity is poorly understood. Microglia can phagocytose PrPSc, leading to the release of inflammatory signaling molecules, which subsequently induce astrocyte reactivity. Animal models show highly upregulated inflammatory molecules that are a product of the Nuclear Factor-kappa B (NF-{kappa}B) signaling pathway, suggesting that this is a key regulator of inflammation in the prion-infected brain. The activation of the I{kappa}B kinase complex (IKK) by cellular stress signals is critical for NF-{kappa}B-induced transcription of a variety of genes, including pro-inflammatory cytokines and chemokines, and regulators of protein homeostasis and cell survival. However, the contribution of microglial IKK and NF-{kappa}B signaling in the prion-infected brain has not been evaluated. Here, we characterize a primary mixed glial cell model containing wild-type (WT) astrocytes and IKK knock-out (KO) microglia. We show that, when exposed to prion-infected brain homogenates, NF-{kappa}B-associated genes are significantly downregulated in mixed glial cultures containing IKK KO microglia. Mice with IKK KO microglia show rapid disease progression when intracranially infected with prions, including an increase in microglia and reactive astrocytes, and accelerated loss of hippocampal neurons and associated behavioral deficits. These animals display clinical signs of prion disease early and have a 22% shorter life expectancy compared to infected wild-type mice. Intriguingly, PrPSc accumulation was significantly lower in the brains of infected animals with IKK KO microglia compared to age-matched controls, suggesting that accelerated disease is independent of PrPSc accumulation, highlighting a glial-specific pathology. Conversely, primary mixed glia with IKK KO microglia have significantly more PrPSc accumulation when exposed to infected brain homogenates. Together, these findings present a critical role in NF-{kappa}B signaling from microglia in host protection suggesting that microglial IKK may be involved in sufficient clearance of prions.
著者: Julie A. Moreno, A. J. D. Hay, K. A. Popichak, G. Mumford, P. Shirley, J. Bian, L. Wolfrath, S. S. Lei, M. Eggers, E. M. Nicholson, R. B. Tjalkens, M. D. Zabel
最終更新: 2024-09-15 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.12.612597
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.12.612597.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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