細胞老化と免疫応答におけるTPRの役割

DNAの損傷は、テロメアと呼ばれるDNAの一部が短くなったり、がん遺伝子と呼ばれる特定の遺伝子が細胞の成長を妨げる信号を送ったりすることで発生することがある。このDNAの損傷は細胞を老化状態に押しやり、細胞が分裂を止めて休止相に入る。これが複製老化と呼ばれるプロセスだ。

細胞がこのプロセスをがん遺伝子によって経ると、細胞内には大きな変化が起こる。主要な変化の1つは、染色体を構成する物質であるクロマチンの構造だ。通常、クロマチンは秩序ある形で整理されているが、老化が進むとそれが乱れる。通常は核の外側にあるはずのクロマチンの一部が内部に移動し、老化に関連する異質クロマチン焦点（SAHF）と呼ばれるクラスターを形成する。

#老化関連分泌表現型（SASP）

これらの構造的変化に加えて、老化した細胞はサイトカイン、ケモカイン、成長因子と呼ばれるさまざまな物質を生成し、放出し始める。これらを合わせて老化関連分泌表現型（SASP）と呼ぶ。SASPは周囲の細胞に対して2つの異なる影響を及ぼす。一方では、免疫系が潜在的な腫瘍を認識し、破壊するのを助けることができる。一方では、腫瘍の成長を促進して免疫応答を低下させる場合もある。

SASPの生成は、主に転写因子と呼ばれる特別なタンパク質、特にNF-κBとC/EBPβによって制御されている。これらの因子が活性化されると、特定の遺伝子の働き方が変わり、その結果、SASP成分が生成される。

#クロマチンの変化と細胞質クロマチン断片（CCF）

細胞が老化に入ると、クロマチンは核内部に移動してSAHFを形成するだけでなく、クロマチンの一部が核から押し出されることもある。これにより、細胞質クロマチン断片（CCF）と呼ばれる構造が形成される。これらの断片は、DNA損傷に関連するマーカーを含んでいるため、DNA損傷がその形成に関与していることを示唆している。

細胞質内に入ると、これらのCCFはcGAS-STING経路と呼ばれる経路によって検出される。この経路は細胞質DNAの存在に応答し、NF-κBシグナルを介してSASPを活性化する。

#老化における核孔の役割

この老化プロセス中、核膜の小さな開口部である核孔の数が増える。これらの核孔は、SAHFの形成やSASPの活性化を含むさまざまな細胞プロセスの機能に不可欠だ。核孔の一部を構成するタンパク質の1つがTPR。TPRはクロマチンを整理された状態に保つのに重要で、SASPの活性化が適切に行われるようにする。

研究により、TPRは核孔に固定されており、SAHFの形成とSASPの活性化の両方にとって重要であることが示されている。この文脈では、TPRが複製ストレスの初期段階やがん遺伝子信号に応じてこれらのプロセスにどのように寄与するかを調べている。

#SASP活性化におけるTPRの役割を調査

TPRのSASP活性化における役割を調べるために、研究者たちはIMR90と呼ばれるヒト皮膚線維芽細胞株を使用した。これらの細胞は特定のがん遺伝子を発現するように改変され、化学物質によって活性化された。これらの改変された細胞が化学物質で処理されたとき、一部の細胞は通常通り分裂し続け、他の細胞は老化した。

ATAC-seqという技術を用いて、研究者たちは老化した細胞でアクセシビリティが変化したクロマチンの領域を特定できた。結果は、これらの領域の一部がTPRに依存していることを示し、TPRがノックダウンされると、そのアクセシビリティが低下した。

#SASP遺伝子におけるエンハンサーの重要性

エンハンサーは、遺伝子の活性を制御する特別なDNA領域だ。研究は、SASP遺伝子にリンクしたエンハンサーがTPR依存領域の近くにあることを発見した。IL1BやIL8などのSASPに関連する遺伝子は、TPRが存在すると活性が増加することが示された。

研究者たちは次に、これらのエンハンサー近くの転写因子の潜在的な結合サイトを特定するために追加の分析を行った。結果は、TPR依存エンハンサーがSASPを促進する転写因子に対応する結合サイトに富んでいることを示した。

#NF-κB活性化におけるTPRの役割

TPRとNF-κB経路の関連性を考慮して、研究者たちは老化中のNF-κB活性化がTPRノックダウンによってどのように変化するかを探求した。NF-κBは通常、IκBというタンパク質の助けを借りて細胞質に隔離されている。IκBが分解されると、NF-κBは核に移動し、ターゲット遺伝子に作用することができる。

結果は、TPRがノックダウンされると、老化した細胞でNF-κB活性が減少することを示している。これは、TPRがNF-κBの適切な活性化に不可欠であることを示唆している。また、TPRノックダウンはNF-κBとその上流のシグナル伝達タンパク質であるIKKのリン酸化レベルを低下させた。

#NF-κB活性化に影響する条件の分析

TPRノックダウンによって観察されたNF-κB活性の低下が、核内輸送プロセスの一般的な欠陥によるものではないことを確認するために、研究者たちは老化細胞をSASP因子を含む条件培地にさらす一連の実験を行った。結果は、これらの因子が存在する場合でもNF-κBが核に入ることができることを示しており、TPRノックダウンに関係なく成り立つものだった。

この発見は、TPRがNF-κBシグナルの初期活性化に特定の役割を果たしていることを明らかにした。

#老化細胞におけるTPRとCCFの関係

これまでの研究では、老化細胞におけるCCFの形成が免疫応答を引き起こす可能性があることが示されている。この研究では、TPRがこれらの断片の形成に影響を与えるかどうかを評価した。結果は、TPRをノックダウンすると老化細胞が生成するCCFの数が減少することを示している。

CCFは核膜から形成され、特定のヒストン修飾が豊富に含まれているため、ゲノムから来るクロマチンに関連していることを示唆している。TPRが欠如すると、核膜の安定性が増し、CCFの生成が減少するようだ。

#老化と自然免疫活性化におけるレトロトランスポゾンの役割

LINE1やHERVなどのレトロエレメントは、老化細胞で活性化されることが知られている。彼らはcGAS-STING経路を通じて免疫応答を活性化する役割を果たす。研究者たちはTPRがこれらのレトロトランスポゾンの発現に影響を与えるかどうかを調べたが、TPRノックダウン後にその豊富さに大きな変化は見られなかった。

#結論：核の完全性を維持するTPRの役割

要するに、TPRはがん遺伝子によるストレスに関連する初期シグナル処理に不可欠で、SASPの開始前にNF-κBの活性化をサポートしている。核の構造の完全性を維持することで、TPRは細胞がストレスに効果的に応答できるようにし、免疫応答を活性化するCCFの生成を含んでいる。

この研究の結果は、TPRがクロマチン構造だけでなく、主要な免疫シグナル経路を調節する上での重要性を強調しており、細胞の老化やがんの発展を理解するための意味がある。さらなる研究が、老化や細胞の年齢に関連する変化を引き起こす他の状況でもTPRが似た役割を果たすかどうかを明らかにするのに役立つだろう。

#細胞培養と実験手順

これらの実験を実施するために、IMR90細胞は特定の栄養豊富な環境で培養された。細胞は特別なウイルスベクターを用いて、特定のがん遺伝子に応じて応答する2種類の細胞を作成するように改変された。一旦、これらの細胞ががん遺伝子の発現を引き起こす化学物質で処理されると、これらの細胞を特別な条件で育てることによって条件培地が準備された。

さらに、研究者たちは特定の遺伝子サイレンシングツールを使用して、細胞内のTPRレベルを低下させることの影響を研究した。遺伝子発現、免疫シグナル、クロマチン構造の変化を分析するためにさまざまなアッセイが実施され、細胞の応答と関与するメカニズムに対する洞察を提供した。

#細胞応答の評価

細胞応答の分析には、顕微鏡、バイオケミカルアッセイ、遺伝子配列決定技術の組み合わせが含まれた。この多面的なアプローチにより、研究者たちは細胞の老化やがん遺伝子への応答の文脈でTPR、SASP、NF-κBがどのように相互関係しているかを包括的に理解することができた。

これらの発見は、特に老化や癌の文脈での細胞の健康におけるTPRの重要性を強調しており、これらの経路をターゲットにした治療戦略を探るためのさらなる研究の潜在的な領域を示唆している。