裸のRNAと免疫応答に関する新しい発見

細胞は通常、負に帯電したRNA分子が入ってくるのを防ぐ保護バリアを持ってる。でも、細胞は「細胞外小胞（EV）」っていう特別な小さなバブルを使ってRNAを包んで他の細胞に送ることができる。このプロセスのおかげで、細胞同士で遺伝情報を共有できるんだ。同じように、mRNAや小干渉RNA（siRNA）を治療に使うためにも、特別な粒子「リピッドナノ粒子（LNP）」で包まれてなきゃいけない。

ほとんどの研究は、細胞がこれらの粒子に包まれたRNAをどう取り込むかに焦点を当ててる。でも、裸の（保護されていない）RNAを取り込むプロセスはあまり研究されてなくて、すごく効率が悪いと考えられてる。一部の医薬品はアンチセンスオリゴヌクレオチド（ASO）を含んでるけど、RNAが細胞に入るのを助ける特別な脂質や添加物を使わずにうまく入ってる。このRNAの取り込み方法は「ジムノシス」って呼ばれて、内因性の過程で細胞に入るんだ。具体的な仕組みはまだはっきりしてないけど、RNAの特定の化学変化が細胞内に入りやすくしてるかもしれない。

研究によると、裸のmRNAワクチンはマウスのいろんなルートで細胞に入れることができるみたい。樹状細胞っていう免疫細胞の一種は特にこの裸RNAを取り込むのが得意みたい。ただ、ヒトでは裸のmRNAワクチンの注射は同じようなプラスの結果を出してなくて、種間の効果の差があることを示してる。つまり、RNAが細胞に効率よく入るためには特別な脂質を含む粒子が必要なんじゃないかって、いろんな臨床研究が支持してる。

RNAを粒子に包んで入るようにするプロセスと比べて、ジムノーティック取り込みは遅くて効果が薄いと考えられてる。特に短くて化学的に変化したASOで調べられてきた。長いRNAや未修飾のRNAだと、この方法が苦戦するいくつかの理由がある。まず、エンドソーム（細胞の廃棄物処理の経路）を通過するのがRNA治療の大きな課題なんだ。このプロセスはLNPで助けられて、エンドソームが破裂してRNAが細胞内に放出されるメカニズムを持ってる。ジムノシスではこういうメカニズムは働かないかも。それに、いくつかの研究は細胞が裸の細胞外RNAに対して効果的に反応しない可能性を示唆してる。例えば、特別な脂質を使って細菌RNAを加えると免疫細胞が活性化するけど、RNAを成長媒体にただ混ぜるだけだと免疫反応は起こらないんだ。

さらに、裸のRNAは体液の中で急速に分解されちゃう。RNA分子を壊す酵素がたくさんいるからね。これにジムノシスの非効率的な取り込みと裸の細菌RNAからの免疫活性化不足が組み合わさって、ほとんどの研究がEVにおけるRNAコミュニケーションに集中していることを示唆している。

#安定したRNAに関する新たな洞察

最近、いくつかのタイプのRNAが細胞外で安定していることがわかった。これが短いRNAピースの貯蔵庫として機能して、細胞に自力で入ることができるんだ。リボヌクレアーゼ（RNAを分解する酵素）の広範囲の阻害剤を人間の癌細胞が育てられている培地に加えることで、細胞外に以前知られていなかったリボソームのグループが安定化されて、樹状細胞を活性化する助けになることがわかった。

この発見は、裸のまたは非小胞性の細胞外RNAが受容細胞と相互作用し、生物学的反応を引き起こすことができることを示している。ただし、研究者がこれらの相互作用がどのように起こるかを把握するためには、リボヌクレアーゼの活動を厳密に制御する必要があるんだけど、通常採用される細胞培養条件では血清が含まれていることが多く、それが難しい。

リボヌクレアーゼ阻害剤を使って、研究者たちはさまざまなRNAが添加物なしでマウスと人間の細胞に入ることができることがわかった。これらの内因性RNAは細胞内の特定の受容体を活性化することができる。一部のRNAピースはエンドソームを逃れて、受容細胞内の遺伝子発現に影響を与えることもできる。面白いことに、血流を通じてリボヌクレアーゼ阻害剤を投与すると、裸の細胞外RNAによって生じる免疫反応が生きた生物の中で強化されるみたい。また、腹腔のようなリボヌクレアーゼ活動が少ない領域は、裸の細胞外RNAをより効率的に認識するようだ。

#裸の細菌RNAと免疫活性化

以前の研究では、裸の細菌RNAは培養媒体に単に混ぜただけでは免疫細胞を活性化しないことが示されていて、裸RNAの自発的な取り込みが少ないことを示唆している。細胞が負に帯電した核酸の取り込みを拒む可能性があるし、RNAの分解が取り込みを制限しているかもしれない。特別な細胞の培養で、研究者たちは裸の細菌RNAが免疫細胞活性化に与える影響をテストした。リボヌクレアーゼ阻害剤の存在下で、細胞からの炎症誘発信号の強い生成が観察された。

さらなるテストでは、リボヌクレアーゼ阻害剤の存在が特定の免疫関連遺伝子の発現を増加させることを示し、裸の細菌RNAがリボヌクレアーゼによって分解されると、その効果は完全にキャンセルされることがわかった。これは、裸の細菌RNAが特に免疫細胞を刺激できるけど、リボヌクレアーゼが阻害されているときだけ見えることを示している。

裸RNAが免疫反応を誘発する仕組みをより理解するために、研究者たちは裸RNAを導入する前に、細胞内のさまざまな取り込みをブロックする薬を使った。その結果、取り込みプロセスがブロックされると、免疫反応が急激に減少した。このことは、リボヌクレアーゼ阻害剤が主に周囲の環境でRNAを安定化させることによってRNAの取り込みを助けているという考えにつながる。

#裸RNAの取り込みの可視化

裸RNAの内部化を可視化するために、研究者たちは蛍光ラベル付きRNAを使って細胞を顕微鏡で観察した。すると、特定の細胞小器官にRNAがかなりの量集まることがわかった。これは、細胞が実際に裸RNAを取り込んでいることを示唆している。

外部RNA信号の認識をさらに調査するために、研究者たちは細菌RNAの特定のピースが免疫反応をどのように活性化するかを調べた。特定の細菌RNAのセクションが細胞内の特別な受容体によって認識され、強い免疫反応を引き起こすことが確立された。細菌RNAの小さなフラグメントだけを使用した場合、免疫活性化は失われ、その結果、長いRNAセグメントが免疫活性化に重要であることが確認された。

#裸RNAのエンドソームからの脱出

研究は、裸RNAが細胞質に到達できるかどうかも調査した。これは細胞活動がより発生する場所だ。特定の免疫応答を活性化することで知られる合成RNAピースを使用すると、裸RNAが確実に内部化され、免疫細胞に見られることが観察された。他の種類の免疫細胞で異なる受容体を発現させた場合、裸RNAが特にウイルス感染に対抗する体の防御を活性化する特別な合成RNAに反応して、免疫活動を刺激できることがわかった。

これは、リボヌクレアーゼ阻害剤を使用したときに裸RNAが細胞質に入り、特定の免疫経路を活性化できることを示している。

#裸mRNAの取り込みとタンパク質生成

研究者たちは、裸のmRNAがさまざまな細胞タイプに取り込まれ、タンパク質を生成するのに使えるかどうかを評価した。リボヌクレアーゼ阻害剤の助けで、細胞内の無傷の裸mRNAのレベルが大幅に増加した。しばらくして、これらの細胞は裸mRNAが存在する時に特定のタンパク質を生成し始めた。

研究の結果、さまざまな種類のヒト細胞でも、リボヌクレアーゼ阻害剤と組み合わせることで裸mRNAが検出可能なタンパク質生成を引き起こすことが明らかになった。また、エンドサイトーシス阻害剤がmRNAのタンパク質への翻訳を減少させることがわかり、細胞が裸mRNAを取り込むための経路を利用していることを示している。

#リボヌクレアーゼ活動が炎症に与える影響

研究者たちは、裸RNAが実際の状況で炎症にどのように影響を与えるかを確認したいと考えた。彼らは裸の細菌RNAを生きたマウスの腹腔に注射した。その結果、免疫反応が観察され、この領域のさまざまな免疫細胞集団に変化が生じた。興味深いことに、リボヌクレアーゼ阻害剤を追加した際、裸RNAが免疫反応を引き起こし続けることが観察され、リボヌクレアーゼ活動が少ない領域が免疫細胞による裸RNAのより直接的な認識を促進する可能性があることが示唆された。

さらに、この研究では裸RNAが血液中で免疫反応を活性化するかどうかも探求された。裸RNAを血流にリボヌクレアーゼ阻害剤と一緒に注射すると、リボヌクレアーゼなしの注射と比較して脾臓での免疫細胞の活性化が増加した。これは、裸RNAに対する免疫反応を制御する上でリボヌクレアーゼが果たす役割を強調している。

#裸RNAの生物活性

全体として、これらの発見は裸の細胞外RNAが生物活性を持ち、リボヌクレアーゼの活動が制御されるときに細胞によって認識されることができることを示唆している。従来、機能するために保護が必要だと考えられていたが、裸RNAは細胞に取り込まれ、重要な免疫経路を活性化し、細胞の機構と対話してタンパク質を生成することができる。

この研究は、裸RNAの能力に関する従来の仮定に挑戦し、細胞がコミュニケーションをとり、環境に応答する方法で重要な役割を果たすことを示している。リボヌクレアーゼの存在は、裸RNAの効果を調整する上で重要に思え、望ましくない免疫反応を防ぐ重要なプレーヤーとして位置づけられている。

#結論

結論として、この研究は裸RNAが治療に使われる方法や、細胞間のコミュニケーションにおける役割についての新しい理解を開いている。リボヌクレアーゼの活動を適切に管理すれば、裸RNAを効果的に利用して治療に役立てられるかもしれないことを示唆していて、従来の保護メカニズムを必要としないRNAの新しい医療利用法につながる可能性がある。これにより、薬剤送達システムの進展や、感染症や他の病気におけるRNAへの免疫反応の理解が深まるかもしれない。