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# 生物学# 免疫学

新しい方法が免疫細胞のエネルギー利用の研究を革新する

研究がCENCATを紹介し、免疫細胞の代謝分析を進めてる。

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CENCAT:CENCAT:免疫学のゲームチェンジャーりよく理解できるようになった。新しい方法で免疫細胞のエネルギー動態がよ
目次

免疫代謝は、免疫細胞の機能がエネルギーの使い方とどう結びついてるかを調べる分野だよ。免疫細胞が活性化されると、成長や感染と戦うのに必要なタンパク質を作るために、もっとエネルギーが必要になるんだ。そのエネルギー需要を満たすために、これらの細胞は栄養素の処理方法を変えるんだよ。よくある変化は、酸素を使ってエネルギーを得る(酸化代謝)から砂糖に頼る(解糖系)にシフトすること。これは最初にがん細胞で見つかった「ワールブルグ効果」として知られてる。免疫反応にとってこのエネルギーの変化は大事だけど、いくつかの問題も起こることがある。例えば、脂肪組織の炎症はそのエリアの免疫細胞がエネルギーを使う方法の変化と関連してて、肥満に関係する問題を引き起こすことがある。同じように、特定の免疫細胞がエネルギーのために砂糖を使うようになると、心臓病とも関連してるんだ。腫瘍内では、栄養の不足や老廃物の蓄積が免疫細胞の機能に悪影響を与えることがあるんだ。だから、免疫細胞がエネルギーをどう使ってるかを分析するための良いツールが必要なんだ。

細胞外フラックス分析の重要性

細胞のエネルギー使用を研究するための重要な技術の一つが、細胞外フラックス(XF)分析だよ。この方法は、細胞がどれだけの酸素を消費して、どれだけの酸を生成するかを見て、代謝活動についての洞察を得るんだ。ただし、XF分析には制限があって、多くの細胞や特定の機器が必要だから、自然な環境で免疫細胞のすべてのタイプを研究するのが難しいんだ。

単一細胞技術の進展

最近、より複雑なサンプルの中で免疫細胞を分析するための新しい単一細胞技術が登場したんだ。SCENITH(単一細胞エネルギー代謝による翻訳阻害プロファイリング)と呼ばれる方法が紹介された。この技術は、細胞がタンパク質をどれだけ早く作るかを測定して、エネルギー使用の指標とするんだ。SCENITHは、新しいタンパク質に取り込まれるプエロマイシンという化合物を使うんだけど、プエロマイシンは細胞にとって毒性があって、エネルギーが不足している時には正確な結果を得られないことがある。

それを改善するために、科学者たちはBONCAT(バイオオルソゴナル非標準アミノ酸タグ付け)という別のアプローチを提案したんだ。BONCATでは、特別なアミノ酸を与えて、それが蛍光マーカーでタグ付けできるようにして、新しいタンパク質を追跡できるんだ。β-エチニルセリン(βES)という新しい化合物が試されて、細胞内の必要な資源を枯渇させずにタンパク質に取り込まれることができるんだ。

CENCAT: 代謝測定の新しい方法

CENCAT法(非標準アミノ酸タグ付けによる細胞エネルギー学)は、これらの新しい技術を使うために開発されたんだ。これは、さまざまな免疫細胞サンプルでβESとHPGを使って、これらの細胞が異なるエネルギー源にどのように依存しているかを測定することに焦点を当ててる。初期の発見では、HPGを使って細胞内のタンパク質生成を時間経過とともに追跡できることが示されたんだ。

研究者たちは、元のSCENITHアプローチと並行してCENCAT法をテストして、異なる条件下でのさまざまな種類のマクロファージ(免疫細胞の一種)に焦点を当てた。血液サンプル内の免疫細胞が異なる刺激にどう反応するかも見たんだ。

CENCATの利点と欠点

CENCATは、免疫細胞がさまざまな信号にリアルタイムでどう反応するかを効果的に測定できることを示したよ。例えば、細胞が活性化されると、グルコースにもっと依存する傾向があるけど、他の特定の条件では脂肪の使用に変わることもある。CENCAT法は、複数の免疫細胞タイプを一度に分析できるので、これは大きな利点だよ。

でも、課題もあった。HPGは貴重なデータを提供してくれたけど、特定の免疫細胞に対しては時々信号が低くて、それに対するエネルギー使用を解釈するのが難しかったんだ。それを克服するために、新しいβES化合物を使うことで、結果が大幅に改善されて、あまり活発でない細胞の代謝活動に対する洞察がクリアになったんだ。

血液細胞の免疫応答の調査

研究者たちは、CENCATが健康な血液提供者からの免疫細胞のエネルギー使用を測定できるかどうかをさらに調べたんだ。さまざまな細胞タイプに焦点を当て、さまざまな化合物での刺激が代謝プロファイルにどう影響するかを分析した。例えば、B細胞は特定の刺激に最もよく反応したけど、T細胞は特定の方法で刺激した時に明確な変化を示したんだ。

組織常在免疫細胞についての洞察

CENCATの効果は、マウスの組織内に見られる免疫細胞を評価する際にも発揮された。研究者たちは、体のさまざまな部分から免疫細胞を分離して、エネルギープロファイルを分析した。その結果、特定の免疫細胞タイプが組織の場所に基づいて異なるエネルギー使用パターンを示すことがわかったんだ。例えば、脾臓の免疫細胞は腎臓のものと比べて高いエネルギー信号を持ってた。

CENCATとncAA法の未来

CENCATは、さまざまな条件下での免疫細胞の代謝ニーズを理解するための有望なアプローチを表してるんだ。毒性のある化合物を使う従来の方法を超えて、研究者たちは免疫細胞がエネルギーをどう使うかをより正確に判断できるようになってる。

βESのような非標準アミノ酸の使用は、より安全で効果的な選択肢を提供してくれる。この技術は、健康と病気の両方における免疫応答の理解を深める道を開くかもしれないね。

重要な発見の要約

結論として、CENCATは免疫代謝研究において有用なツールとして際立ってるんだ。免疫細胞がエネルギーをどう管理してるかを評価する重要性を強調してる。毒性の少ない新しい方法を採用することで、科学者たちは免疫機能についてよりよい洞察を得られ、免疫応答に関連した状態の治療の進展を促す道を開けるんだ。

研究が進むにつれて、これらの方法論は様々な疾患における免疫メカニズムの理解を深め、診断や治療戦略の改善に繋がるだろうね。

オリジナルソース

タイトル: In-depth immunometabolic profiling by measuring cellular protein translation inhibition via bioorthogonal noncanonical amino acid tagging (CENCAT)

概要: MotivationExtracellular Flux (XF) analysis has been a key technique in immunometabolism research, measuring cellular oxygen consumption rate (OCR) and extracellular acidification rate (ECAR) to determine immune cell metabolic profiles. However, XF analysis has several limitations, including the need for purified adherent cells, relatively high cell numbers, and specialized equipment. Recently, a novel flow cytometry-based technique called SCENITH (Single Cell Energetic metabolism by profiling Translation inhibition) was introduced, which measures the inhibition of cellular protein synthesis as a proxy for metabolic activity in single cells. A limitation of this technique is its reliance on fluorescent staining of intracellular puromycin, a toxic antibiotic. To address this, we propose an alternative approach using biorthogonal noncanonical amino acid tagging (BONCAT) to measure protein synthesis. SummaryThe field of immunometabolism has revealed that cellular energy metabolism significantly contributes to immune cell function. Disturbances in immune cell metabolism have been associated with various diseases, including obesity, atherosclerosis, and cancer. To further advance immunometabolic research, developing novel methods to study the metabolism of immune cells in complex samples is essential. Here, we introduce CENCAT (Cellular Energetics through Non-Canonical Amino acid Tagging). This technique utilizes click-labeling of alkyne-bearing non-canonical amino acids (ncAAs) to measure protein synthesis inhibition as a proxy of metabolic activity. CENCAT successfully reproduced known metabolic signatures of immune cell activation. Specifically, LPS/IFN{gamma}-induced classical activation increased glycolytic capacity, and IL-4-induced alternative activation enhanced mitochondrial dependence in human primary macrophages. The assays applicability was further explored in more complex samples, including peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from healthy volunteers, which revealed diverse metabolic rewiring in immune cell subsets upon stimulation with different activators. Finally, CENCAT was used to analyze the cellular metabolism of murine tissue-resident immune cells from various organs. Principal component analysis (PCA) revealed tissue-specific clustering based on metabolic profiles, likely driven by microenvironmental priming of tissue-resident immune cells. In conclusion, CENCAT offers valuable insights into immune cell metabolic responses and presents a powerful platform for studying immune cell metabolism in complex samples and tissue-resident immune populations in both human and murine studies.

著者: Rinke Stienstra, F. Vrieling, H. J. P. van der Zande, B. Naus, L. Smeehuijzen, B. J. Ignacio, K. M. Bonger, J. van den Bossche, S. Kersten

最終更新: 2024-05-22 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.08.03.551800

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.08.03.551800.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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